INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PRIVADO
“ESCUELA SUPERIOR PRIVADA DE TECNOLOGÍA SENATI”
INGENIERÍA “BRAZO ROBÓTICO INDUSTRIAL”
CARRERA
TÉCNICO EN INGENIERIA MECANICA DE MANTENIMIENTO INSTRUCTOR: RUIZ ROSALES, PEDRO PRESENTADO POR: ALARCON CORDOBA, CARLOS ALFARO VILCHEZ, LUIS ADRIANO TRUJILLO, DANILO MOREANO LINARES, CELESTE PASCO VEGA, MIGUEL
2017
Este trabajo dedicamos a nuestros padres quienes nos apoyan, para poder llegar a esta instancia de nuestros estudios, ya que ellos siempre están presentes para apoyarnos moral y psicológicamente. También También dedicamos a nuestras familias quienes, también ta mbién son nuestra mayor motivación para nunca rendirnos, en los estudios y poder llegar a ser un ejemplo para ellos.
El presente trabajo primeramente agradecemos a Dios por bendecirnos para llegar hasta donde ha llegado, porque hiciste realidad este sueo anhelado. ! nuestro centro de estudio "enati por darnos la oportunidad de estudiar y ser un profesional. ! los docentes, quienes con sus conocimientos, su e#periencia, su paciencia y motivación ha logrado, en que terminemos nuestro estudios con é#ito. $ara ellos muchas gracias y que Dios nos bendiga
%ntroducción
En el presente proyecto se desarrolla parte de la ingenier&a básica y de detalle necesarias para la fabricación de un bra'o industrial. (n bra'o industrial es un tipo de bra'o mecánico, normalmente programable, con funciones parecidas al de un bra'o humano. El término )obot fue acuado por el escritor checoslovaco *arel *ape+, que fue fallecido en -/, que adquirió fama mundial con su obra ).(.) en la que presenta al obrero moderno como un esclavo mecánico, es all& donde justamente emplea la palabra )obot, tomada del eslavo )obota, que significa trabajo. Es este aspecto que s& nos interesa y sobre el cual haremos algunas consideraciones. 0orber 1iner, matemático norteamericano, que introdujo el término cibernética y su teor&a, refiriéndose al mismo tema, e#presó2 3Es una degradación para un ser humano encadenarlo a un remo y usarlo como fuente de energ&a4 pero es casi igual degradación asignarle tareas puramente repetitivas en una fábrica, que e#igen menos de una millonésima de su poder cerebral3. Es más sencillo organi'ar una fábrica que utili'a individualidades humanas aprovechando sólo una fracción trivial de su val&a, que preparar un mundo en el que estos puedan alcan'ar su plena dimensión. 5a aplicación del Taylorismo ha tra&do como consecuencia no sólo condiciones particulares de consumo y cultura, sino también resulta ser el responsable de la creación de condiciones de trabajo repetitivas, monótonas, alienantes y degradantes para quien las efect6a. 0o son pocos los intentos que se efect6an con el ánimo de modificar las condiciones de trabajo comentadas, estos intentos que describiremos rápidamente y que reciben denominaciones tan atractivas como2 3)otación del 7u&a técnica de seguridad en robótica trabajo3 89ob:rotation; o 3Ensanchamiento del trabajo3 89ob:enlargement; consisten por ejemplo en que los trabajadores 9osé, $edro y 9uan cumplan alternativamente los trabajos repetitivos <, = y >. ?omo podemos comprender se trata de una solución falsa, en la que operarios cumplen una serie de operaciones repetitivas, al final de las cuales deberán comen'ar nuevamente.
OBJETIVOS
El primer objetivo fundamental del proyecto es el de reali'ar el diseo de un bra'o industrial, que debe ser sencillo, funcional y económico, utili'ando 6nicamente servomotores. En base a este objetivo principal, se proponen los siguientes objetivos parciales2 . Determinación del proceso de diseo y tareas a reali'ar dentro del trabajo requerido. @. )equisitos de funcionamiento en base a los cuales se aprobará el diseo. . Diseo mecánico seg6n los principios de la Teor&a de Aáquinas y Aecanismos2 estudio de las trayectorias, velocidades, aceleraciones y fuer'as a los que se encuentran sometidos los elementos de la máquina en su funcionamiento. B. Diseo electro neumático del circuito y de los componentes necesarios para su implementación. C. Elaboración de planos para la fabricación y automati'ación del equipo.
la
utili'ación de las herramientas de softare 8 ?!D E"TF e %0GE0TF) ; para reali'ar este diseo as& como para reali'ar las simulaciones y cálculos necesarios. (tili'ar estas herramientas es una ventaja fundamental en nuestro diseo de bra'o industrial ya que nos permite adaptar el diseo a una aplicación concreta de forma económica. En base a este objetivo principal, se proponen los siguientes objetivos parciales2
Planteamiento del problema El campo de la robótica industrial puede definirse como el estudio, diseo y uso de robots para la ejecución de procesos industriales. Aás formalmente, el estándar %"F 8%"F /H2--B, )obots industriales manipuladores I Gocabulario; define un robot industrial como un manipulador programable en tres o más ejes multipropósito, controlado automáticamente y reprogramable El presente trabajo tiene como objetivo principal el diseo y creación de un bra'o robot de seis grados de libertad.
Formulación de problema En la actualidad las ciencias robóticas y la inteligencia artificial permiten pensar en el uso de alternativas para las actividades que normalmente eran reali'adas por los seres humanos gracias a esto y los conocimientos adquiridos en la carrera podemos implementar para hacerlo interactuar con el medio.
Evaluación del problema 5a investigación está enfocada en mejorar la calidad de vida del ser humano automati'ando procesos que podr&a reali'ar una máquina, a través del uso de tópicos tecnológicos 8robótica e inteligencia artificial; en algunos casos mejorando los resultados.
Causas y consecuencias del problema 7racias a los avances de la tecnolog&a en el campo de informática, es posible en
la
actualidad hacer realidad la interacción de los robots y los seres humanos con el medio ambiente, permitiendo as& e desarrollo e implementación de soluciones que mejore la calidad de vida de las personas, facilitando los procesos en el trabajo, incrementando su productividad, evitando reali'ar procedimientos peligrosos y siendo participes de la competencia global de hoy en dio tanto en diversas áreas2 %ndustriales , medicas agropecuarias, etc.
Deinición de robot En el término de robot confluyen las imágenes de máquinas para la reali'ación de trabajos productivos y de imitación de movimientos y comportamiento de seres vivos. 5os robots actuales son obras de ingenier&a y como tales concebidas para producir bienes y servicios a e#plotar recursos naturales. Desde esta perspectiva son máquinas con las que se continua una actividad que parte de los propios or&genes de la humanidad y que desde el comien'o de la edad moderna se fundamenta esencialmente en conocimientos cient&ficos. En nuestro siglo el desarrollo de máquinas ha estado fuertemente influenciado por el progreso tecnológico. De esta forma se pasa de máquinas que tienen como objetivo e#clusivo la amplificación de la potencia muscular del hombre, sustituyéndose en su trabajo f&sico, a maquinas o instrumentos que son también capaces de procesar información, complementando o incluso sustituyéndose, al hombre en algunas actividades intelectuales. $or otra parte, desde la antigJedad, el hombre ha sentido fascinación por la maquinas que imitan la figura o los movimientos de seres animados. E#iste una larga tradición de autómatas de los artesanos franceses y sui'os del siglo #vii, que ya incorporaban interesantes dispositivos mecánicos para el control automático de movimientos. )FKFT" son máquinas en las que se integran componentes mecánicos, eléctricos electrónicos y de comunicaciones, y dotadas de un sistema informático para su control en tiempo real, percepción del entorno y programación 5os robots industriales surgen de la convergencia de tecnolog&as del control automático y, en particular, del control de máquinas herramientas, de los manipuladores telemetrados, de la aplicación de computadores en tiempo real. Aediante el control automático de procesos. Aediante el control automático de procesos se pretende concebir y reali'ar ingenios que permitan gobernar un proceso sin la intervención de agentes e#teriores, especialmente el hombre. En particular, se presentan problemas de seguimiento automático de seales de consigna mediante los denominados servosistemas. Esto sistemas generan automáticamente seales de control que tratan de anular la diferencia entre la seal de consigna y la seal medida en el proceso u objeto que se pretende controlar
R!"# M$%&'()$*+# 5a mayor parte de los robots industriales actuales son esencialmente bra'os articulados. De hecho, seg6n la definición del L)obot %nstitute of !mericaM, un robot industrial es un manipulador programable multifuncional diseado para mover materiales, pie'a, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos variados, programados para la ejecución de distintas tareas 8"impson, riedrich and )edman; .
En la robótica subyace la idea de sustituir equipos capaces de automati'ar operaciones concretas por máquinas de uso más general que puedan reali'ar distintas tareas. El concepto programable es también básico. 5a reali'ación por programa de las funciones de control ofrece mucha mayor fle#ibilidad y la posibilidad de implantar funciones complejas necesarias para controlar el manipulador.
Sistema !ec"nico El sistema mecánico está compuesto por diversas articulaciones. 0ormalmente se distingue entre el bra'o y el órgano terminal o efector final que puede ser intercambiable, empleando $in'as o dispositivos espec&ficos para distintas áreas. El aumento de n6mero de articulaciones aporta mayor maniobrabilidad, pero dificulta el problema Del control, obteniéndose normalmente menores precisiones por acumulación de errores. Auchos robots industriales actuales tienen menos de los seis grados de libertad de rotación o traslación que se requieren en general para posicionar y orientar en el espacio el órgano terminal. "in embargo, también se desarrollan manipuladores altamente redundantes con m6ltiples articulaciones para aplicaciones en áreas de trabajo de dif&cil acceso. Entre estos cabe destacar los robots tipo serpiente. !simismo, se investiga en robots fle#ibles que permitan (0 largo alcance con un peso reducido.
En este punto conviene indicar que las ecuaciones que describen el movimiento del bra'o articulado son ecuaciones diferenciales no lineales y acopladas para las que, en un caso general, resulta dif&cil obtener soluciones anal&ticas.
In#enier$a %plicación del proyecto Inteli#encia La inteligencia del e! "#$an% e de&ine en # c%nce't% $( )(ic%* c%$% +la ca'acidad de ada'tacin a #n a$)iente, el !a-%na$ient%, . la ca)ida del e! "#$an% 'a!a da! #na %l#cin a #n '!%)le$a+/ Pa!a tene! #na de&inicin $( cent!al de la inteligencia, .a 0#e el c%nce't% gene!al n% e'eci&ica el a$)iente en el 0#e e dea$#e)le ni ta$'%c% el de&inid% '!%)le$a tene$% 0#e di1idi! a eta en ditint% ti'% de inteligencia, e deci! a cada c%n2#nt% ta!ea 0#e e2ec#ta$% e le at!i)#.e #n c%nce't% de inteligencia . e e$'lea #n !a-%na$ient% di&e!ente, c%$% '%! e2e$'l% t%ca! #n int!#$ent% $#ical . !e%l1e! #n '!%)le$a de $ate$(tica, d%nde e '#ede 1e! 0#e e a'lica ditint% ti'% de inteligencia 'a!a la e2ec#cin de a$)a acti1idade
Inteli#encia artiicial Teniend% en c#enta 0#e e3iten 1a!i% c%nce't% . '#nt% de 1ita en c#ant% e !e&ie!en, de&ini!e$% a 4ta c%$% La c%$'!enin . e$#lacin del 'ena$ient% 5#$an% . # ca'acidade* '!eente en ditint% a'a!at% elect!nic%, teniend% c%$% !e#ltad% la !e'#eta de l% $i$%* c%$% $(0#ina 0#e ean ca'ace de %'e!a! . $ani'#la! %)2et% '%! 6 $i$a/ 3"eg6n la Encyclopedia of artificial %ntelligence se utili'an varios componentes del comportamiento %nteligente como son2 procesamiento del lenguaje natural, visión artificial,
resolución
de
problemas,
representación
del conocimiento y
ra'onamiento, aprendi'aje, robótica3
7 Procesamiento del len#ua&e natural : entendimiento que se procesa internamente en la persona de manera que se logre captar los conceptos del te#to y sus significados de una forma clara.
7 Visión artiicial' trata de la absorción de imágenes mediante un sistema de compresión de imágenes para representarlas, captando la información e#terna seguida por la reconstrucción de dichos objetos4 para agrupar toda la información que se
encuentre dispersa y as& cada imagen encaje con el mundo real que se percibe, tomando en cuenta espacio tiempo entre los objetos del 3mundo3 establecido y dando datos de salida e#actos al mundo ver&dico e#terno. •
Resolución de problemas: la resolución de problemas mediante algoritmos no siempre
es la mejor opción para la misma4 por lo tanto la %! tiene como método utili'ar un sistema de prueba:error ante la traba, el cual permite llegar a la solución de ésta, este es solo uno de los cuantos métodos utili'ados.
- (epresentación del conocimiento y ra)onamiento' "e usan las representaciones del conocimiento como la lógica matemática, por ejemplo, el Aétodo de )a'onamiento Kasado en el ?aos el cual se fundamenta en recordar la causa y la consecuencia y en los que se logró conseguir la solución al problema para adoptarlo a las circunstancias /
•
%prendi)a&e' El !prendi'aje !utomático es una rama de la %nteligencia !rtificial
tiene como fin el desarrollo de técnicas que permitan a las computadoras aprender. De forma más concreta, es decir, se trata de crear programas que sean capaces de sistemati'ar comportamientos comen'ando de una información no dispuesta y suministrada en forma de prototipos. Es, por lo tanto, un proceso de inducción del conocimiento.
•
(obótica' El tema de la robótica será abordado con más relevancia ya que es uno de
los temas el cual lo he considerado con más importantes /
%plicaciones de la inteli#encia artiicial !lgunas aplicaciones presentes en mayor o menor medida dentro de la inteligencia artificial
son2 ?ontrol de sistemas, planificación automática,
mundos
virtuales,
reconocimientos de patrones, reconocimientos del habla, reconocimiento de escritura, robots, tratamiento de lenguaje natural, sistemas e#pertos, todos.
Campos de aplicación de la inteli#encia artiicial 5a inteligencia artificial es sin duda uno delos contenidos cient&ficos con mayor variedad de aplicaciones pues como su nombre indica4 los aparatos o máquinas que
estén dotados de ella podrán hacer una perfecta emulación del ser humano y su complejidad de pensamiento.
La inteligencia artificial está inmersa en varios ámbitos ya sea desde el campo de la medicina, pasando por industrias, la jurisprudencia, el comercio, y un sinf&n de ingenier&as, entre ellas la %ng. electrónica, la %ng. ?omputacional y otras.
Pero para *acer +ue este sistema inteli#ente artiicial se pueda material, desarrollara de la si#uiente manera-
%plicación de in#enier$a al proyecto .rados de libertad 7rado de libertad ormalmente, el grado de libertad 8DF; de un sistema mecánico se defi ne como el n6mero de coordenadas independientes o coordenadas m&nimas necesarias para describir perfectamente su posición o confi guración. !s&, un cuerpo r&gido que se mueve en el espacio cartesiano tridimensional tiene seis DF, tres para la posición y tres para la orientación. E#isten varia s metodolog&as para determinar el DF. (no de estos métodos, presentado por 7rubler en -H para mecanismos planares, fue posteriormente generali'ado por *ut'bach, en -@-, para mecanismos espaciales. En forma conjunta, se conocen como el criterio de 7rubler:*ut'bach y se describen a continuación2 "uponga lo siguiente2 s2 d imensión del espacio de trabajo 8para mecanismos planares, s N 4 para espaciales, s N O;, r2 n6mero de cuerpos r&gidos o eslabones en el sistema4 p2 n6mero de pares cinemáticos o articulaciones en el sistema4 ci2 n6mero de restricciones impuestas por cada articulación4 c2 n6mero total de restricciones impuestas por articulaciones p4 n i2 grado de libertad relativo de cada articulación4 n2 grado de libertad de todo el sistema.
/onas de traba&o y dimensiones del manipulador 5as dimensiones de los elementos del manipulador, junto a los grados de libertad, definen la 'ona de trabajo del robot. También queda restringida la 'ona de trabajo por los l&mites de giro y despla'amiento que e#isten en las articulaciones.
Capacidad de car#a El peso puede transportar la garra del manipulador recibe el nombre de capacidad de carga. En modelos de robots industriales, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre @PC+g. y P.-*g.
E0actitud y (espetabilidad 1a E0actitud de punto' Esto mide la distancia entre la posición especificada, y la posición real del efector de e#tremo de robot.
$)F?E"F $)FD(?T%GF E0 5! %0D("T)%! DE KEK%D!" 7!"EF"!"2 En la cadena productiva de la bebida gaseosa, necesitamos materias primas tales como2 Q !gua2 E#tra&da de po'os naturales, es tratada,filtrada y esterili'ada hasta obtener agua apta para elaborar las bebidas gaseosas. Q !'6car2 (tili'ada para preparar el jarabe simple, el cual pasa por un proceso de filtración y pasteuri'ación para obtener as& un producto de alta calidad. Q ?oncentrado2 órmula secreta de la empresa. Es la que le da el aroma, color y sabor a un tipo de gaseosa especifico. Q 7as ?arbónico2 Es aquel que preserva el producto, y la de esa caracter&stica burbujeante y refrescante a la bebida.
$!"F" DE5 $)F?E"F $)FD(?T%GF2 . "edimentación y loculación2 )etirar los sólidos suspendidos con ayuda de alumbre y cal. @. Desinfección2 ?ontrol de microorganismos por la aplicación del cloro. . )educción de la !lcalinidad2 %mportante para evitar la neutrali'ación de componente de la bebida. B. iltración2 )emover materiales indeseables C. $urificación2 Eliminar colores y sabores desagradables O. Aicro filtración2 )etirar microorganismos tales como parásitos y amebas H. Des aireación2 )ectificar el aire ocluido en el agua. /. (tili'ar el agua e#truida anteriormente tratada. -. Aediante filtros se me'cla con el a'6car para formar el jarabe simple. P. se jarabe simple entra en lavado, después de eso se le agrega el concentrado que es la receta . secreta de la empresa para formar el jarabe terminado. @. ! continuación, se le agrega el 7as ?arbónico y procede al proceso de embotellamiento para la posterior distribución y consumo.
C%DE2% P(OD3CTIV% DE 1%S BEBID%S .%SEOS%S ?adena productiva es el conjunto de operaciones necesarias para llevar a cabo
la producción de un bien o servicio, que ocurren de forma planificada, y producen un cambio o transformación de materiales, objetos o sistemas. (na cadena productiva consta de etapas consecutivas a lo largo de las que diversos insumos sufren alg6n tipo de transformación, hasta la constitución de un producto final y su colocación en el mercado. "e trata, por tanto, de una sucesión de operaciones de diseo, producción y de distribución integradas, reali'adas por diversas unidades interconectadas como una corriente, involucrando una serie de recursos f&sicos, tecnológicos, económicos y humanos. 5a cadena productiva abarca desde la e#tracción y proceso de manufacturado de la materia prima hasta el consumo final.
TEC2O1O.4%S E53IPOS !ED31%(ES 5os equipos medulares, son aquellos que mantienen relación directa con las materias primas, y que además de esto transforman sus condiciones iniciales. 5os equipos
medulares en la fabricación de bebidas gaseosas se nombran a continuación, siguiendo el orden en el cual se encuentran en el proceso. Tanques de me'cla. iltro de malla. iltro prensa. ?arbonatado
Tan+ues de me)cla "on tanques de acero ino#idable con tapa, provistos de un agitador y de un tubo lateral, cuya función es indicar por medio de la altura el volumen del tanque. 5as dimensiones y el n6mero de tanques que se utilicen, dependen de la producción de la planta y del tamao de sus instalaciones.
Filtro de malla 7eneralmente, antes de que el jarabe simple se lleve al filtro prensa, se hace pasar por un filtro de mallas, el cual tiene como finalidad retirar los sólidos de gran tamao que vengan de la me'cla denominada jarabe simple. El filtro de mallas consiste básicamente en una malla metálica 8@Pmesh; en la cual se separan los sólidos.
Filtro prensa El filtro prensa, utili'ado en la elaboración de bebidas puede ser de placas hori'ontales o verticales, la capa filtrante generalmente es tela o papel filtro 8interlon;. El filtro, trae consigo, dos manómetros que eval6an la ca&da de presión que se genera debido a la formación de pre capas o tortas las cuales generan taponamiento y disminuyendo con esto la velocidad con que se mueve la me'cla y por ende aumentando su ca&da de presión. En algunas fábricas, se tiene como norma cambiar la capa filtrante cada dos preparaciones de jarabe simple.
Carbonatador ?uando se desea definir los equipos carbonatadores, es necesario tener en cuenta todos los factores que afectan el proceso. En todos los tipos carbonatadores, es necesario emplear presionesmás altas que la requerida para el volumen de gas necesario en cada bebida, debido esto a laeficiencia de los equipos y a las pérdidas mecánicas durante la operación. E#isten en el mercado equipos que sólo cumplen la función de carbonatación, a estos equipos se les debe suministrar agua enfriada suficientemente. También se encuentran equipos que combinan las dos operaciones. "i por diseo de producción la cantidad de ?F@ que se requiere es mayor que la dada por un sólo cilindro, se puede utili'ar un sistema m6ltiple4 básicamente este sistema consiste en una
serie de cilindros conectados a un cabe'al 3manifold3 y dividido en dos grupos de trabajo independientes a cada lado. En el sistema de baja presión, el ?F@ se almacena en forma l&quida a :/ o? y PP $sig en tanques acondicionados con aislamiento 8$oliuretano, lana de vidrio; y refrigeración. 5a capacidad de los tanques de almacenamiento var&a seg6n necesidad de O a @ toneladas. En general este sistema consta de las siguientes partes2 •
Tanque. ?onstruido de acero especial, y provisto del correspondiente 3manhall3
•
en uno de sus e#tremos, para efectos de limpie'a interna. !islamiento. ?apa de $oliuretano de C cm de espesor, recubierto por una
lámina de aluminio. )efrigerador. Este sistema consta de unidad compresora, serpent&n de
condensación de ?F@, tuber&a, válvula de e#pansión y secador. Gapori'ador. ?onsiste en un intercambiador de calor, usualmente de tipo eléctrico, por medio de una resistencia, o por medio de vapor a través de un ha'
de tubos. %nstrumentación de control y medición. 5a instrumentación de medición y control consta de un medidor de ?F@ , un manómetro, control eléctrico, válvulas
de alivio y seguridad. "aturadora ?EA. 5a saturadora ?EA consiste en pel&culas y planchas desviadoras. El gas entra en el equipo llenando el tanque a la presión apropiada. El agua es suministrada a la bomba a una presión m&nima, de forma que permita el paso del agua por las válvulas de salida. El agua que entra al equipo, se dirige hacia las orillas de la plancha superior, cuando tiene contacto con la periferia inferior de la plancha fluye hacia el centro en forma de pel&cula y cae
en la plancha siguiente, de aqu&, por unos orificios pasa a la plancha siguiente. Este procedimiento es continuo hasta pasar al fondo del tanque. El equipo funciona en continuo, por lo cual el l&quido siempre está en contacto con el
[email protected] equipo posee purga de aire, la cual puede ser manual o automática. "us diferentes dispositivos son2 . Aanómetro de contrapresión. @. !islamiento especial de calor. . ?amisa de acero ino#idable. B. Tanque de acero ino#idable. C. Gálvula de retención de gas de ácido carbonico.
O. !dmisión de gas de ácido carbónico cone#ión con el tambor de gas. H. ?aja de interruptor de mercurio. /. lotador regulador de nivel de agua. -. Komba bicil&ndrica de doble efecto. P. ?ámara de aire. . ?one#ión de admisión del agua. @. Gálvula de retención del agua. . válvula automática de seguridad. B. Gálvula de descarga. C. Gidrio de inspección de la me'cla agua:gaseosa. O. 5lave de e#tracción de agua. H. $laca de pel&cula. /. $laca invertida. -. Tobera de agua. @P. ?one#ión de gas de contrapresión. @. !juste para llenar sifones. @@. Dispositivo para funcionamiento manual de la válvula automática de seguridad
Carbonatador !o&onnier
El carbo:enfriador Aojonnier es un equipo que consta de un pre enfriador de agua, desaireador y carbonatador. El agua entra inicialmente al pre enfriador, es distribuida a placas verticales donde se enfr&a y pierde la mayor parte del aire disuelto. De aqu& pasa al proporcionador en donde se me'cla con el jarabe4 a continuación esta me'cla se env&a
al carbo:enfriador en donde se enfr&a a la temperatura requerida 8alrededor de O o ó @.@o? ; y se carbonata. Durante la carbonatación, el agua entra al tanque carbonatado aislado a través de la l&nea y es distribuida uniformemente sobre las placas enfriadoras de acero ino#idable, por el canal de distribución. (na ve' termina el proceso, la bebida carbonatada se env&a al colector, donde fluye nuevamente a la base del tanque para posteriormente pasar a la envasadora. El ?F@ pasa a través del sistema de control hasta el tanque de carbonatación por la l&nea. El nivel del producto se controla automáticamente en el tubo de control de nivel. 5a refrigeración se reali'a como sigue2 El refrigerante l&quido a alta presión sale del depósito del condensador a través de la válvula y pasa a través del filtro y solenoide al inyector4 una ve' que pasa al inyector entra al 3lado bajo 3del sistema de refrigeración 8etapa de e#pansión;. Del depósito, es tomado el refrigerante y llevado por serpentines a través de las placas de enfriamiento4 mientras enfr&a a la sustancia que fluye sobre la parte superior de las placas, parte del refrigerante es evaporado y as&, una me'cla de l&quido y vapor entra al depósito del refrigerante a través de la l&nea. $or medio de un deflector, el l&quido es separado del vapor cayendo a la base del depósito para ser recircula o. El vapor entra en la l&nea de succión, pasa a través de la válvula reguladora de contra presión, la cual controla la temperatura del refrigerante y en consecuencia la temperatura del producto. El vapor fluye al compresor pasando a través de la válvula, es comprimido y sale del compresor a través de la l&nea de descarga, hacia la trampa de aceite, donde el aceite contenido en el refrigerante es retirado y regresado al compresor. El vapor pasa al serpent&n de sobre calentador, donde es inicialmente enfriado. $asa a serpentines de condensación donde el calor adicional es removido, provocando un cambio de fase en el refrigerante. El refrigerante l&quido va al depósito para su recirculación. El calor del refrigerante es removido con agua y el aire que entran al condensador. El agua pasa a un deposito situado en la parte baja del sistema y es utili'ada nuevamente. $ara ello se utili'a la bomba vertical. El aire cumple dos funciones importantes.
E53IPOS PE(IF6(ICOS 5os equipos periféricos son aquellos equipos que, aunque intervienen en el proceso, no cambian las condiciones de los productos. 5os equipos periféricos más com6nmente utili'ados en la elaboración de bebidas gaseosas se describen a continuación. )efrigeradores, ?alderas, 5avadora de botellas
(eri#eradorese
?uando la carbonatación, se reali'a con un equipo independiente, es necesario que e#ista en la planta un sistema de refrigeración. 5os sistemas de refrigeración, pueden ser una o más etapas de compresión. (n sistema de compresión de una etapa, es aquel en el cual los vapores refrigerantes se comprimen desde la presión de succión hasta la presión de condensación en una operación. 0o importa si el compresor tiene uno, dos o más cilindros4 cuando las presiones de la succión y el descargue son las mismas para cada cilindro, el equipo se considera de una sola etapa. 5as partes que componen este sistema son2
Tanque de reserva. Es un tanque para recoger el l&quido refrigerante y tiene una válvula de purga para el aceite. Dicha válvula puede estar al lado alto o al lado
bajo del sistema. Gálvula de e#pansión termostática. Esta válvula regula el flujo de l&quido refrigerante del tanque de reserva del evaporador, o sea del lado alto del sistema o del lado bajo. ?uando el l&quido pasa por la válvula de e#pansión, su presión disminuye hasta igualarse a la del evaporador. 5a presión del l&quido refrigerante en el lado alto de la válvula es mucho más alta que la del lado bajo o en el evaporador. ! causa de esto, el l&quido comien'a a hervir. !l paso por la válvula, el l&quido refrigerante continua hirviendo gracias al calor que le ofrece la materia
a refrigerar hasta que las temperaturas se equilibran en el evaporador. Gálvula de e#pansión del flotador. Este tipo de válvula se usa con mucha frecuencia en los
evaporadores de tipo inundado para mantener el l&quido refrigerante a un nivel predeterminado. 5a válvula está colocada de tal forma respecto al nivel del l&quido refrigerante en el evaporador y el tanque de reserva, que la disminución de nivel ocurre en ambos simultáneamente. Esto obliga a bajar al flotador y a la ve' a levantar la aguja de su asiento, abriendo el paso del l&quido refrigerante al evaporador. El l&quido refrigerante adicional hace subir el flotador hasta que los niveles alcan'an los l&mites establecidos y finalmente cierra la válvula. En algunos sistemas, el refrigerante se encuentra en su mayor parte en el evaporador.
Evaporador. El evaporador es la parte del sistema de refrigeración donde el l&quido refrigerante se evapora o hierve. Esto ocurre cuando el refrigerante absorbe calor del medio al cual enfr&a 8en este caso el agua tratada o las bebidas;. 5a temperatura de ebullición depende
de la presión mantenida en el evaporador. ?uanto más baja es esta presión tanto más baja será la temperatura del refrigerante. ?omo los evaporadores están en contacto con el l&quido refrigerante, su temperatura es la temperatura de ebullición correspondiente a la presión cuando el l&quido no es suficiente para alcan'ar todas las partes del evaporador, los vapores que absorben el calor del ambiente, vuelven sobrecalentados al entrar al compresor. Esto indica que el vapor está realmente seco y que no llevan pequeas gotas de l&quido refrigerante.
?ompresor. Es el 6nico equipo del sistema que tiene movimiento, por lo que necesita
lubricación. El compresor recibe los vapores del evaporador los cuales tiene una temperatura baja y relativamente poca presión4 al comprimir estos vapores, salen del condensador a condiciones de presión y temperatura bastante altas. En otras palabras, la función del compresor es aumentar la presión de los vapores del evaporador, a tal punto que la temperatura de condensación de dichos gases sea más alta que la temperatura del agua de enfriamiento que pasa por el condensador. 5as temperaturas e#cesivas disminuyen la eficiencia del compresor, aumenta la cantidad de calor a eliminar en el condensador y recargan las condiciones de servicio del aceite lubricante. En los sistemas de refrigeración, el amoniaco anhidro es la sustancia que se usa normalmente como refrigerante industrial. También se utili'a con alguna frecuencia el grupo freon, el cloruro de metilo, el dió#ido de a'ufre y el vapor de agua.
P(OCESO 11EV%DO % C%BO E2 1% C%1DE(% ?alderas En las plantas elaboradoras de bebidas gaseosas se utili'an diferentes tipos de calderas, en la elección del tipo de caldera a utili'ar en la planta, depende de algunos aspectos tales como2 Tamao de la planta, combustible utili'ado y proceso productivo. ! continuación, se describirán los tipos de calderas más com6nmente utili'adas en las plantas.
?alderas de tubos de humo. 5as calderas de tubos de humo, tiene la particularidad de que
los gases calientes pasan por fuera de ellos. Estas calderas pueden ser hori'ontales ó verticales, con hogar e#terior o interior. Trabajan a baja presión 8--.PH lbfRpul@;, su rendimiento está por debajo del HPS y presentan una producción nominal de vapor baja 8menos de @B*gvaporRhA@;. 5as calderas verticales pueden ser de tope h6medo o de tope seco. 5a caldera de tope seco, consiste en una carca'a cil&ndrica y un n6mero de tubos no muy grande 4 los gases calientes pasan a través de los tubos, ceden parte de su calor a los tubos y estos a su ve' lo ceden al agua 4 la placa superior que sostiene los tubos, forma el tope de la caldera.Estas calderas no son de fácil limpie'a porque son de dif&cil acceso, están e#puestas al arrastre del agua con el vapor, debido al pequeo espacio para el vapor, además se presenta desperdicio de calor debido esto al corto paso que tienen los gases por los tubos.
5as calderas hori'ontales, son las más com6nmente usadas en las plantas de mediana y baja potencia, debido esto a su mayor rendimiento. En esta caldera, los gases calientes
provenientes de la cámara de combustión pasan a lo largo de la carcasa, retornando a través de los tubos a la chimenea. Este arreglo de tubos de retorno, les da a los gases calientes una mayor área de intercambio. ?alderas acuotubulares. 5as calderas acuotubulares se utili'an para producción de vapor a presiones mayores de PP psi4 en ellas, el agua se distribuye en un gran n6mero de tubos que proveen una gran superficie de intercambio y una rápida circulación del agua. Este tipo de caldera responde en forma eficiente a sobrecargas y cambios y fluctuaciones en la demanda de vapor4 son de más fácil
1avadora de botellas El equipo utili'ado para el lavado de los envases se plantea a continuación2 En este equipo, las botellas se acumulan sobre la mesa, y se colocan automáticamente sobre las bolsas. 5a primera etapa del lavado es el pre enjuague radial, en donde se trata de eliminar polvo, pitillos y suciedad e#terior con el objeto de no ensuciar demasiado la solución de soda en el primer tanque. De aqu& la botella pasa a la sección tanques donde se somete al lavado cáustico propiamente dicho4 los tanques son compartimientos
individuales, los cuales tienen controles de temperatura 8por medio de una válvula reguladora de presión del vapor de agua que alimenta la lavadora;. !l interior del tanque, las botellas permanecen llenas de solución de soda, pero al llegar a la parte superior, se desocupan para entrar luego al tanque siguiente, la botella atraviesa loscuatro primeros tanques con solución cáustica y después pasa a otro siguiente tanque que contiene agua fresca 8esta agua contiene fosfato trisódico;.! continuación las botellas pasan a los tanques de enjuagues finales, de lavado e#terior e interior4 el 6ltimo enjuague e#terior e interior sed reali'a con agua fresca y los anteriores a este con agua recirculada , proveniente de los 6ltimos enjuagues interiores y e#teriores. El calentamiento de las soluciones cáusticas en cada tanque se lleva a cabo por medio de serpentines dentro de los cualesse condensa el vapor cediendo as& su calor latente.
Sector de llenado (na ve' que la botella esta lista, se procede a llenarla con el fluido deseado. ?omo este fluido a embotellar es el producto que se va a vender se debe evitar la contaminación del mismo. $or En algunos casos, la llenadora y la sopladora están en la misma máquina. Estas máquinas se denominan L?ombiM y son originales de "%DE5. En las ?ombi se tiene como entrada una preforma y como salida una botella ya llena del producto y tapada. Esto evita los costos de tener lavadores de botellas además de que se preservan muchos recursos que se utili'an en este proceso. 5as combis están en un ambiente
estéril, y con ellas se reduce el espacio f&sico que produce el tener una sopladora y una llenadora. !demás, se logra un ahorro en el transporte de las botellas, al hacer más compacta la l&nea. Esta es una de las novedades más atractivas, en la actualidad, que presenta "%DE5.estas ra'ones de higiene y calidad el llenado se efect6a en un ambiente controlado. ?uando no se posee una máquina ?ombi, se deben trasladar las botellas vac&as desde la sopladora hasta la llenadora o etiquetadora seg6n sea el caso. $ara trasladar una botella vac&a se trabaja con transportadores neumáticos, que se valen del bajo peso de la botella, para conducirla, por su cuello, a través de unos rieles. "u funcionamiento está basado en una diferencia de presión que se generara entre dos puntos del transportador. "e coloca un ventilador de aire que va a soplar aire de un e#tremo y va a obligar un flujo de aire de un tramo a otro. Estos ventiladores se colocan cada @P m para asegurar un buen funcionamiento de los transportadores. $or tratarse de botellas vac&as que pronto serán llenadas, el aire que se hace circular por los transportadores, debe pasar previamente por varios filtros para evitar la contaminación de las botellas. De la misma manera, al llegar al sector de llenado se pasan las botellas por una lavadora de botellas. 5a ventaja que presentan estos transportadores es que no ocupan espacio en la planta al ser aéreos. En la %magen @./ se observa un transportador aéreo llegando a una llenadora de botellas.
El transportador neumático, es utili'ado también para transportar las botellas desde el silo de acumulación cuando se ingresa a la l&nea por medio de la despolari'adora como se mencionó anteriormente.
Transportador a7reo in#resando al sector de llenado
5as botellas llegan al sector de llenado y forman una pequea cola en el transportador aéreo que genera una presión en las botellas. Esta presión va a presentar a las botellas contra un tornillo sin fin que tendrá un paso que variará con la distancia. El tornillo sin fin tiene como objetivo separar a las botellas que entran a la llenadora de tal manera de poder sincroni'ar los elementos de la llenadora con el flujo de botellas que entran. En pocas palabras, el tornillo va a admitir botellas que están chocando y las sincroni'ará con los elementos rotativos de la máquina logrando un acceso apropiado a la misma. !l salir del tornillo, las botellas pasarán por un elemento rotativo que sincroni'ará a las botellas con un carrusel donde las botellas serán lavadas. ?ada botella es volteada al entrar en el carrusel, enjuagada con productos y finalmente con agua. "e da un tiempo para que las botellas puedan escurrir toda el agua y estén listas para s er llenadas. !l salir de las lavadoras van a pasar a la llenadora que igualmente consta de un carrusel. 5a %magen @.- muestra a las botellas provenientes de una lavadora de botellas llegando al carrusel de la llenadora. 5as botellas van con el pico hacia abajo para escurrir toda el agua que se le roció durante el lavado.
1as botellas in#resan al carrusel de llenadora
5as llenadoras, tienen un b6fer o tanque en el centro del carrusel colocado por encima del nivel de las botellas. Este tanque tiene la me'cla del producto a envasar y tiene capacidad para una jornada de producción generalmente. %gualmente, este b6fer puede ser alimentado desde afuera de la máquina mientras funciona la llenadora. 5a %magen @.P muestra un carrusel de una llenadora con el b6fer en el centro. 5as %mágenes @. y @.@ muestran el paso de las botellas en el carrusel de llenado.
Vista de carrusel llenadora
(na ve' que la botella este llena con fluido se procederá a tapar la botella. $ara este proceso, se requiere de un alimentador de tapas que mantenga un flujo constante de tapas para evitar que se detenga la máquina por falta de este insumo. El alimentador de tapas, consta de un almacén de tapas que alimentará a un ascensor. Este ascensor va a recoger las tapas en unos escalones permitiendo sólo dos posibles orientaciones de la tapa. $ara asegurar tener las tapas en la orientación apropiada se coloca una barrera que hace que las tapas que están en la orientación errada caigan nuevamente al almacén de tapas. El alimentador de tapas y sus componentes se observa en la %magen @.. En el tope del ascensor, se colocan unas válvulas que van a soltar una ráfaga de aire a presión que obliga a las tapas a salir del escalón y entrar en unos rieles. Estos rieles están inclinados y logran que las tapas desciendan hasta llegar a la máquina. (na ve' en la llenadora, contin6an en el riel que llegará a un b6fer donde las tapas serán tomadas por unos elementos similares a un taladro, colocados sobre un carrusel que son los encargados de colocar la tapa sobre la botella y enroscarla en su sitio. En el caso de ser chapas de metal en ve' de tapas plásticas, el sistema es el mismo con la e#cepción que en lugar de enroscar la chapa, está será presionada contra la botella hasta sellar la misma a la botella.
Correas transportadoras y %cumulación
?uando la botella está llena y tapada, será trasladada desde la llenadora a las siguientes etapas de la l&nea. "e utili'ará entonces una correa transportadora para hacer este trabajo.
5a descarga de la llenadora es en una sola hilera, como se ve en la %magen @.B, y si se hace una correa de una sola hilera para transportar las botellas de una máquina a otra se va tener un transportador muy largo. ! diferencia de los transportadores neumáticos que son aéreos, las correas van por el suelo, estorban y ocupan espacio. "e quiere minimi'ar el área de correas en el suelo para aprovechar mejor el espacio de la planta. $ara esto, se utili'an correas de varios canales, además de unas mesas de acumulación entre máquina y máquina
Correa transportadora de una sola *ilera E#isten dos tipos de acumulación, acumulación estática y acumulación dinámica. En la acumulación estática, se tiene un sistema de acumulación donde el primer elemento en entrar a la mesa será el 6ltimo en salir. ?onsta de una bóveda o cueva donde en caso de que no puedan continuar avan'ando las botellas en la l&nea, se irán metiendo en esta bóveda para evitar que la máquina aguas arriba de la parada tenga que detenerse. %gualmente, en caso de que sea la máquina aguas arriba que se detenga, e#iste esta acumulación de botellas en esta bóveda, que las suministrará aguas abajo de la l&nea para evitar que la siguiente máquina se vea afectada por los problemas de agua arriba.
Sector de Eti+uetado
En esta etapa de la l&nea se le colocará la etiqueta a la botella. 5a etiqueta se puede colocar antes o después de llenar la botella. 5a entrada de las botellas a la etiquetadora debe ser por una sola hilera, para lograr esto se dispondrá de un dispositivo que pase de varios canales de botellas a un canal 6nico, en el caso de estar llenas las botellas, este dispositivo lo conocemos como un combinador. El combinador consta de una serie de cadenas, colocadas una al lado de otra, en donde e#istirá un gradiente de velocidad entre ellas. 5as botellas entran al combinador a una velocidad baja y van progresivamente aumentando su velocidad al pasar de un canal a otro. Ellas pasan de canal en canal por medio de una gu&a colocada de manera diagonal, que atraviesa las correas desde un e#tremo al otro. ! medida que la velocidad de las botellas va aumentando, se van generando más espacio entre las botellas y se van separando unas de otras. =a que se dispone de una sola hilera de producto, se procede a etiquetar el mismo. 5aetiquetadora va a admitir a las botellas y al entrar, estas serán equiespaciadas. $ara lograr esto, las botellas pasarán por un tornillo sin fin que tendrá un paso que variará con la distancia, similar al tornillo utili'ado en el sector de llenado. 5a %magen @.O muestra las botellas al pasar por el tornillo sin fin mencionado. 5a salida del tornillo coincide con un espacio en un engranaje que luego conducirá a la botella a través de la etiquetadora.
1%S
BOTE11%S P%S%2DO PO( TO(2I11O
SI2 FI2
1a empa+uetadora
(na ve' fabricada la botella, llena del producto y con la etiqueta colocada, está lista para ser empaquetada. $ara ser distribuida, se e mpaqueta de distintas maneras, ya sea en cajas, gaveras, con anillos plásticos, entre otros métodos. "e colocarán y acomodarán las botellas en un arreglo para poder empacarlas juntas. 5a entrada a la empaquetadora debe ser en masa, pero de una manera ordenada. 7eneralmente, se empacan en grupos de tres, seis, doce o veinticuatro botellas por paquete. E#isten muchas soluciones hoy d&a para suministrar un arreglo de botellas a la empaquetadora. Ftra función que deben tener las empaquetadoras es que deben poseer la capacidad de ser de multiformato. Es decir, deben ser capaces de empacar diferentes formatos de botellas en diferentes arreglos sin problema alguno y con poco tiempo de modificación entre un formato y otro 5a entrada a la empaquetadora viene de una acumulación de botellas y estas son divididas en canales que pasarán a ser luego el n6mero de filas del empaque. 5a figura @.H muestra la división en canales de la botella al ingresar a la máquina. "e debe tener una acumulación no muy grande a la entrada de la empaquetadora para hacer más fácil dirigirlas a los diferentes canales. Esto se logra desviando la acumulación masiva de botellas con un cruce de -P que permitirá solo tener unas veinte botellas de presión a la entrada. Es más fácil cambiar el rumbo de una botella si esta tiene detrás sólo veinte botellas en lugar de tener una acumulación completa de sobre mil botellas. %ngresarán entonces las botellas organi'adas en columnas a la máquina, y luego se procederá a separarlas por grupos de cuatro o tres o seis. =a con las columnas establecidas hay que fijar un n6mero de filas en cada empaque. En frente de cada lote de botellas estará presente esta barrera que va a ir a una velocidad diferente a la de las correas, van a ir a una velocidad inferior. De este modo, se separa el n6mero de columnas y de filas a ser empacadas.
Paleti)adoras $ara facilitar el traslado de los empaques desde la l&nea al almacén y posteriormente al mercado, se colocarán los empaques en unas paletas que contendrán alrededor de /P paquetes. Este sector de la l&nea consta de diversos equipos. 5as paleti'adoras son el primer equipo de este sector y es com6n en la mayor&a de las l&neas. El resto de los equipos son ya accesorios que pueden traer muchos beneficios como se observará más adelante. @/ $ara armar las paletas, se utili'a un robot. Este robot tiene una eficiencia tan alta que no requiere de ning6n material e#terno ni de un operador en ning6n momento. 7eneralmente, esta es la máquina con mayor eficiencia de toda la l&nea. Uay diversas maneras de armar las paletas. E#isten dos grandes formatos, uno que tiene la paleta fija y va subiendo los pisos de producto, mientras que el otro va bajando a la paleta de altura y simplemente va colocando los pisos de producto a la misma altura. 5a otra forma empleada es la de colocar bra'os mecánicos que a gran velocidad armen la paleta por pisos. En la %magen @./ se observa una paleti'adora que deja a la paleta fija en la correa transportadora y coloca los pisos de producto a diferentes alturas
Planta de embotelladora
Al$ac4n
P!%ce% c%$)inad% P!%ce% de )%$)e% de T!an %!te al (!ea P!%ce% de $e-clad% a #a
P!%ce% de &ilt!ad% In'eccin P!%ce% T!an'%!te a!elade P!%ce% dede al0#e te$ e!at#!a ete 89 !ad% )%$)e% e$)%tellad% a!a)e
Al$ac4n
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