Diseño Maquina Extrusora

DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DE MÁQUINA EXTRUSORA PARA P ARA RECICLAJE PLÁSTICO

JORGE ANDRÉS CORTÉS MUÑOZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2008 1

DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DE MÁQUINA EXTRUSORA PARA P ARA RECILCAJE PLÁSTICO


Pasantía para optar el título de Ingeniero Mecatrónico

Director DRAGO DUSSICH Ingeniero Mecatrónico


DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN DE MÁQUINA EXTRUSORA PARA P ARA RECILCAJE PLÁSTICO


Pasantía para optar el título de Ingeniero Mecatrónico

Director DRAGO DUSSICH Ingeniero Mecatrónico


Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los Requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar el título de Ingeniero Mecatrónico

Ing. BERNARDO SAVOGAL Jurado

Santiago de Cali, Junio 20 de 2008 3

CONTENIDO Pág. RESUMEN............................................................................................................. 13 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14 1. OBJETIVOS.................................................................................................... 15 1.1. OBJETIVO GENERAL................................................................................... 15 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................... 155 2. PLANEACIÓN DEL PROYECTO.................................................................... 16 2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 16 2.2. IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES ......................................................... 16 2.3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ................................................................ 17 2.3.1. Especificaciones preliminares ..................................................................... 17 2.4. ANTECEDENTES ......................................................................................... 17 3. GENERACIÓN DE CONCEPTOS ................................................................ 198 3.1. DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL................................................................ 19 3.1.1. Diagrama de la caja negra .......................................................................... 19 3.1.2. Rama crítica y desglose de subfunciones................................................... 19 3.2. GENERACIÓN DE CONCEPTOS PARA SUBFUNCIONES.........................21 3.2.1. Sensar entorno............................................................................................ 21 3.2.2. Fundición de plástico................................................................................... 21 3.2.3. Analizar información.................................................................................... 21 3.2.4. Transmitir movimiento ................................................................................. 22 4

3.2.5. Extrusión ..................................................................................................... 22 3.3. COMBINACIÓN DE CONCEPTOS ............................................................... 22 3.3.1. Concepto A.................................................................................................. 23 3.3.2. Concepto B.................................................................................................. 24 3.3.3. Concepto C. ................................................................................................ 24 3.3.4. Concepto D. ................................................................................................ 25 3.3.5. Concepto E.................................................................................................. 26 4. SELECCIÓN DE CONCEPTOS .................................................................... 27 4.1. MATRIZ DE TAMIZAJE................................................................................. 27 4.2. ESPECIFICACIONES FINALES.................................................................... 28 5. DESARROLLO DE LA ARQUITECTURA DELPRODUCTO ..........................29 5.1. ANÁLISIS DE LA ARQUITECTURA DEL PRODUCTO ................................29 5.2. INTERACCIONES ENTRE ELEMENTOS FÍSICOS Y FUNCIONALES........29 5.3. ESQUEMA DEL PRODUCTO. ...................................................................... 30 5.4. DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA.................................................................... 31 5.5. IDENTIFICACIÓN DE INTERACCIONES FUNDAMENTALES E INCIDENTALES..................................................................................................... 31 5.6. ARQUITECTURA A DIFERENTES NIVELES ............................................... 32 5.7. ARQUITECTURA DEL SISTEMA ELECTRICO ............................................32 6.

DISEÑO INDUSTRIAL .................................................................................. 33

6.1. VALORACION DEL DISEÑO INDUSTRIAL .................................................. 33 6.1.1. Necesidades Ergonómicas.......................................................................... 33

5

6.1.2. Necesidades estéticas ................................................................................ 34 6.2. PREDOMINIO TECNOLOGICO.................................................................... 34 6.3. IMPACTO DEL DISERÑO INDUSTRIAL....................................................... 35 6.3.1. Interfaces del usuario .................................................................................. 35 6.3.2. Facilidades de mantenimiento y reparación................................................ 35 6.3.3. Uso apropiado de los recursos.................................................................... 36 6.3.4. Diferenciación del producto ......................................................................... 36 6.4. EVALUACIÓN DE CALIDAD DEL DISEÑO INDUSTRIAL............................ 36 7.

DISEÑO PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLE.........................................37

7.1. ANÁLISIS DEL DISEÑO PARA MANUFACTURA (DPM) .............................37 7.1.1. Lista de componentes ................................................................................. 37 7.1.2. Impacto del DPM sobre otros factores ........................................................ 39 7.2. ANÁLISIS DE DISEÑO PARA ENSAMBLE (DPE).......................................39 7.2.1. Reducción de costos de ensamble.............................................................. 39 7.2.2. Maximización de la facilidad del ensamble.................................................. 40 7.3. REDUCCIÓN DEL COSTO DE ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD.........40 8. PROTOTIPADO.............................................................................................. 41 9. DISEÑO DETALLADO.................................................................................... 42 9.1. DISEÑO MECANICO DE LA ESTRUCTURA Y LOS MECANISMOS...........42 9.1.1. Tornillo helicoidal......................................................................................... 42 9.1.2. Eje porta rodamiento .................................................................................. 43 9.1.3. Caja porta rodamiento................................................................................. 43 6

9.1.4. Camisa ........................................................................................................ 44 9.1.5. Flanche de ajuste ........................................................................................ 44 9.1.6. Porta molde ................................................................................................. 45 9.1.7. Resistencias ................................................................................................ 45 9.1.8. Termocupla tipo j......................................................................................... 45 9.2. SELECCIÓN DE MOTORES......................................................................... 46 9.3. DESCRIPCIÓN DE LA ARQUITECTURA DE CONTROL Y DESEÑO HARDWARE SOFTWARE..................................................................................... 47 9.3.1. Voltaje de alimentación......................................................................................... 47 9.3.2. Panel de control .......................................................................................... 48 9.4. DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO........................................................... 53 9.4.1. Sistema electrónico (tablero electronico).....................................................53 9.5. RESULTADOS FINALES DEL DESARROLLO.............................................59 10. CONCLUSIONES ............................................................................................ 62 BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................... 63 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ................................................................... 64 ANEXOS

65

7

LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Identificación de las necesidades del cliente………...…….…...… ººº…... 16 Tabla 2 Especificaciones técnicas preliminares

17

Tabla 3. Matriz de tamizaje

27

Tabla 4. Especificaciones finales

28

Tabla 5. Lista de componentes

37

Tabla 6. Especificaciones Motoreductor siemens 1LA7 164-4YA70

46

8

LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Extrusora Cincinnati Milacrom

18

Figura 2. Extrusora monohusillo

18

Figura 3. Diagrama de caja negra

19

Figura 4. Descomposición funcional

20

Figura 5. Rama crítica de las subfunciones

20

Figura 6. Combinación de conceptos

23

Figura 7. Esquema concepto A

23

Figura 8. Concepto A

24

Figura 9. Esquema concepto B

24

Figura 10. Concepto B

24

Figura 11. Esquema concepto C

25

Figura 12. Concepto C

25

Figura 13. Esquema concepto D

25

Figura 14. Concepto D

26

Figura 15. Esquema concepto E

26

Figura 16. Concepto E

26

Figura 17. Interacciones entre elementos físicos y funcionales

29

Figura 18. Esquema general del producto por bloques funcionales (chuncks)

30

Figura 19. Distribución espacial de los chunks

31

Figura 20. Interacciones incidentales

31 9

Figura 21. Necesidades ergonómicas

34

Figura 22. Necesidades estéticas

34

Figura 23. Clasificación del producto

35

Figura 24. Evaluación de la calidad del diseño industrial

36

Figura 25. Representación de los prototipos

41

Figura 26. Esquema tornillo extrusora

42

Figura 27. Eje porta rodamiento

43

Figura 28. Caja porta rodamiento

43

Figura 29. Camisa

44

Figura 30. Flanche y ajuste

44

Figura 31. Porta molde

45

Figura 32. Resistencias

45

Figura 33. Termocupla tipo J

45

Figura 34. Motoreductor siemens 1LA7 164-4YA70

46

Figura 35. PLC digital master P18-2

49

Figura 36. Puertos entrada y salida PLC.

50

Figura 37. Conexiones PLC

52

Figura 38. Interruptor principal

53

Figura 39. Selector de voltaje entre fases

54

Figura 40. Interruptor de control y calefacción

54

Figura 41. Pirómetros digitales

55

Figura 42. Amperímetros digitales

55 10

Figura 43. Voltímetros digitales

56

Figura 44. Botón encendido

56

Figura 45. Botón apagado

57

Figura 46. Esquema tablero electrónico máquina extrusora

57

Figura 47. Esquema eléctrico 1

58


58


59

Figura 50. Esquema máquina extrusora

59

Figura 51. Máquina extrusora modelo LDM 65/32 marca WKT

60

Figura 52. Postes madera plástica

61

11

LISTA DE ANEXOS Pág. Anexos A. Fotos

65

Anexos B. Planos

81

12

RESUMEN En el presente documento se encuentra descrito el proceso completo de diseño para el desarrollo de una máquina extrusora especializada en el trabajo de resinas plásticas recuperadas, teniendo en cuenta la teoría y metodología de diseño concurrente para productos. Primero se exponen las necesidades manifestadas por el cliente y se elabora una interpretación de las mismas para hallar el problema, estas necesidades son la clave para el planteamiento de las especificaciones técnicas del producto. Seguido a esto se analizará el mercado y los posibles competidores al igual que una investigación de los antecedentes para determinar el estado actual del producto, es decir, la funcionalidad de éste y su evolución. Estas etapas dan una visualización del producto esperado, siendo éste un aporte importante en el mercado en el cual se encuentra. A partir de lo anterior se hará una búsqueda de conceptos que brinden la solución al problema planteado, y así generar aquellas nociones que más se ajusten a las necesidades del cliente y a los requerimientos del mercado. Adicionalmente se realizará el diseño detallado de la máquina extrusora estudiando las opciones que permitan guiar la construcción general de la misma, teniendo en cuenta el diseño de ensamble, el diseño de manufactura y el diseño industrial de la máquina. En la elaboración del diseño general de la máquina extrusora para reciclaje plástico, se describe detalladamente el diseño mecánico soportado con planos y piezas y los componentes del sistema electrónico justificando el uso de los mismos para el funcionamiento y buen desempeño de la máquina, siempre en miras de satisfacer las necesidades del cliente.

13

INTRODUCCIÓN En Colombia, al igual que en el resto del mundo, se ha hecho necesario el reciclaje como una herramienta de conservación de los recursos naturales esto para preservar el planeta y hacer un mejor uso de él. Aplicando el conocimiento científico y tecnológico, la ingeniería satisface las necesidades de la sociedad generando bienes y servicios de una manera eficiente y económica, mejorando así el nivel de vida de las personas. Es por esto que se pretende implementar en CORPOAMAZONIA, que como se manifiesta en su página es “una corporación encaminada en conservar y administrar el ambiente y los recursos naturales renovables, promover el conocimiento de la oferta natural, representada por su diversidad biológica, física, cultural y paisajística, y orientar el aprovechamiento sostenible de sus recursos facilitando la participación comunitaria en las decisiones ambientales”1, una nueva tecnología que les permita trabajar con plástico reciclado y fabricar postes, tablas, mesas, sillas y un sin fin de productos contribuyendo en la disminución o sustitución de madera de bosques nativos que se utiliza actualmente en la fabricación de dichos productos. En base a esto se diseño una máquina extrusora para reciclaje plástico que cuente con un sistema de precalentamiento, permita variar la velocidad y sea de fácil mantenimiento y principalmente que las personas encargadas de operarla la manipulen de una manera correcta gracias las propiedades físicas y estéticas que le proporcionan un mayor entendimiento por parte de ellos.

1

Misión y Visión Corpoamazonia [en línea]. Colombia: Corpoamazonia, 2008. [Consultado 16 de Enero de 2008]. Disponible en internet: http://www.corpoamazonia.gov.co/Quienes_somos/visionmision.htm

14

1. OBJETIVOS 1.1.

OBJETIVO GENERAL

Diseño y automatización de máquina extrusora para reciclaje plástico. 1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

•

Realizar diseño detallado del sistema mecánico.

•

Realizar diseño detallado del sistema eléctrico.

•

Realizar diseño del controlador de temperaturas.

15

2. PLANEACIÓN DEL PROYECTO 2.1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se requiere una máquina con la capacidad de trabajar poliolefinas como polipropileno PP, poliestireno PS y polietileno PE (recuperados), haciendo énfasis en el tipo medidas y materiales utilizados en la fabricación de la camisa y el tornillo helicoidal, Ya que siendo estos los correctos deberán garantizar la calidad y brindar la seguridad para trabajar las resinas anteriormente mencionadas. Además de ser lo suficientemente automatizada y contar con la tecnología apropiada para permitir el proceso y tratado de la madera plástica, debe ser innovadora, que pueda competir fácilmente en el mercado y sobre todo que mantenga un costo asequible para el público. 2.2.

IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES

Las necesidades fueron identificadas a través de las propuestas realizadas por parte de CORPOAMAZONIA, corporación que presentaba inconvenientes en el proceso de extrusión. Tabla 1. Identificación de las necesidades del cliente 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)

La extrusora arrancará solamente si la temperatura en la que se encuentra es la apropiada. La extrusora sensará las temperaturas de manera continua. La extrusora permitirá visualizar las temperaturas La extrusora tendrá un tablero de extrusión La extrusora contará con un sistema de precalentamiento El sistema permitirá variar la velocidad del proceso. La extrusora contará con diferentes zonas de calefacción La extrusora se aislará térmicamente La extrusora permitirá un fácil mantenimiento

16

2.3.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Se estudiaron previamente las necesidades identificadas con el fin de encontrar unos parámetros que permitan cuantificar dichas necesidades y al mismo tiempo sirvan de guía para el desarrollo. 2.3.1. Especificaciones preliminares Tabla 2 Especificaciones técnicas preliminares

2.4.

# METRICA

# NECESIDAD

METRICA

IMP

UNIDADES

1 2 3 4 5 6

1,2 3 4 5,7 6 8

5 3 5 3 4 4

Subjetiva °C Subjetiva °C rpm listo

7

9

Inteligencia Sensores Mando Calefacción Velocidad Aislamiento térmico Mantenimiento

5

subjetiva

ANTECEDENTES

El campo de la maquinaria industrial viene desarrollándose desde hace tiempo, aunque la maquinaria adecuada para los plásticos como lo son las extrusoras, sopladoras e inyectoras no han tenido mucho auge por su gran costo, operación y mantenimiento Al realizar una búsqueda externa sobre el funcionamiento y diseño de extrusoras, inicialmente se encontró un fabricante llamado Hans Weber quien es un constructor de engranajes, y señala en el dominio virtual que tiene varias patentes en su haber: “En 1962 logra la patente de husillos para extrusoras de plástico; dos años después entrega la primera extrusora de doble husillo paralelos a un cliente, y en 1968 le otorgan la patente para el engranaje de distribución de las extrusoras

17

de doble husillo paralelo y finalmente en 1986 consigue la patente para el engranaje de distribución de la extrusora de doble husillo cónico.” 2 Existe también un fabricante de nombre Cincinnati Milacron. Este fabricante posee experiencia en la producción de perfiles reforzados con fibra de madera Figura1. Extrusora Cincinnati Milacrom

Fuente: Catálogo de productos Cincinnati Milacrom. China: Cincinnati Milacrom, 2007. p. 2.

Se encuentra también una compañía llamada AMUT la cual produce una amplia gama de modelos de extrusoras monohusillo con diámetros de 30 a 180 mm disponibles en diferentes relaciones L/D de 20:1 hasta 38:1 y extrusoras doble husillo con diámetros de 55 a 170 mm y relación L/D de 20:1 hasta 26:1. Figura 2. Extrusora Monohusillo

Fuente: Catalogo de productos AMUT. España: Amut, 2006. p.3.

2

Textos de Ingeniería [en línea]. México D.F.: Ambiente Plástico, 2005. [Consultado 20 de Enero de 2008] Disponible en internet: http://www.ambienteplastico.com/artman/publish/article_829.php 18

3. GENERACIÓN DE CONCEPTOS En ésta etapa de diseño se descompone el problema en las funciones más relevantes con el fin de obtener una mejor visualización y comprensión. Se hará un enfoque en los puntos más críticos para lograr dar claridad a éste. 3.1.

DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL

En ésta etapa se enfrenta al problema de manera general, sin tener en cuenta el funcionamiento interno del sistema, lo cual es representado o conocido con un diagrama de caja negra, donde se identifican las entradas del sistema y las salidas que se van a generar, brindando un conocimiento más detallado del problema que se está enfrentando y posteriormente hacer un análisis interno en la descomposición funcional. 3.1.1. Diagrama de la caja negra Figura 3. Diagrama de la caja negra

La descomposición funcional permite visualizar el funcionamiento interno por subfunciones, y garantizar el cumplimiento de las acciones que fueron asignadas a la máquina extrusora. No se especifica de qué manera se va a realizar éste proceso. De hacerlo limitaría las opciones de diseño a una sola lo cual no es conveniente. 19

Se realizó la descomposición de las tareas que se deben ejecutar y la relación entre las mismas para que todas lleguen a un mismo destino, de aquí se dará inicio a la generación de conceptos para cada una de las subfunciones. Figura 4. Descomposición Funcional

3.1.2. Rama crítica y desglose de subfunciones Figura 5. Rama crítica de las subfunciones

Fundición de plástico

Sensar entorno

Extrusión

Analizar información

Transmitir movimiento

20

3.2.

GENERACIÓN DE CONCEPTOS PARA SUBFUNCIONES

Para realizar el diseño se ha generado conceptos para cada una de las subfunciones de la descomposición funcional, pero solo se justificarán las de la rama crítica ya que son los más relevantes. 3.2.1. Sensar entorno. Ésta es una de las subfunciónes más importantes ya que permite, tanto al operario como a la máquina determinar el estado y la temperatura del proceso. Para ello se tuvo en consideración los siguientes sensores: •

Termocuplas tipo j

•

Pirómetros de radiación

Termistores

•

RTD

•

•

LM 35

3.2.2. Fundición de plástico. Ésta subfunción transmitirá el calor necesario a los diferentes tipos de resinas que se vayan a trabajar. Para ésta se considera la siguiente alternativa: •

Calentadores de banda cerámica.

•

Resistencias tipo cartucho.

•

Gas.

3.2.3. Analizar información. Ésta subfunción es la encargada de recibir la información capturada por los sensores con el fin de modificarla a un formato que permita al controlador procesarla.

21

Las alternativas son:

•

•

PLC. Controlador de canal caliente.

3.2.4. Transmitir movimiento. Esta subfunción básicamente es la encargada de generar el movimiento de la máquina para llevar a cabo la extrusión. Las alternativas de transmisión son las siguientes: •

Transmisión directa por motoreductor.

•

Transmisión por cadena.

•

Transmisión por bandas.

3.2.5. Extrusión. Para que sea realizada ésta subfunción, es necesario aplicar presión al material fundido, forzándolo a pasar de modo uniforme y constante a través del molde. Para ello se tienen las siguientes opciones: •

Extrusora de pistón.

•

Extrusora de fricción.

•

Extrusora de cilindros.

3.3.

COMBINACIÓN DE CONCEPTOS

Con el objetivo de llegar a la mejor solución para cada uno de los problemas y que la máquina cumpla con las necesidades especificadas anteriormente se desarrolló una tabla de combinación de conceptos, la cual permitirá observar de manera sistemática los conceptos generados y así mismo evaluar las diferentes opciones para brindar dicha solución.

22

Figura 6. Combinación de conceptos Extrusió Sensar

entorno

Termocuplas Pirómetros de radiación

Fundición de plástico

Calentadores de banda cerámica

Termistores

Analizar información

PLC digital master p18-1

Transmitir movimiento

Transmisión directa por motoreductor

Controlador de canal caliente TC 5M

Transmisión por bandas

Regulador de energía de calor

Transmisión por cadena

Extrusión

Extrusora de pistón Extrusora de fricción Extrusora de cilindros

3.3.1. Concepto A. El sistema de pistón garantiza una extrusión rápida y de mejor calidad pero genera costos extremadamente altos ya que es necesario implementar un sistema hidráulico para generar el desplazamiento longitudinal de la tobera. El sensor es muy efectivo en la detección de temperatura al igual que los calentadores de banda cerámica (resistencias) brindan la temperatura necesaria para el proceso. El motoreductor es silencioso y permite un fácil mantenimiento. Figura 7. Esquema concepto A

Termocuplas



23


Extrusora de pistón

Figura 8. Concepto A

Fuente: Moldeado, Inyección y Extrusión [en línea]. México: Textos Científicos, 2005. [Consultado 21 de Enero de 2008]. Disponible en internet: http://www.textoscientificos.com/publish/article_829.php

3.3.2. Concepto B. El sistema por fricción entre las paredes metálicas transportadoras de la máquina y el tornillo, ayuda a la fusión del polímero generando un precalentamiento y permitiendo que el proceso sea de manera continua. La transmisión por cadena es muy ruidosa y necesita de lubricación constante. El controlador de canal caliente es sencillo pero costoso. Figura 9. Esquema concepto B

Pirómetros de radiación


Controlador de canal caliente TC5M

Transmisión or cadena

Extrusora de

Figura 10. Concepto B

Cadena


24

3.3.3. Concepto C. El sensor no ofrece ventajas de exactitud ni estabilidad a la salida, el controlador es de máxima confiabilidad pero genera un costo demasiado alto, la extrusión por rodillos es efectiva pero genera pérdidas de material. Figura 11. Esquema concepto C Termistores


Controlador de canal caliente TC 5M

Transmisión por cadena

Extrusora de pistón

Figura 12. Concepto C

3.3.4. Concepto D. El regulador de energía de calor es un controlador muy completo y totalmente seguro. Diseño ultra delgado para ahorrar espacio y fácil manejo. La transmisión por bandas genera desgaste continuos de estas generando alto mantenimiento y costos. Figura 13. Esquema concepto D Termocuplas


Regulador de energía de calor

25

Transmisión por bandas

Extrusora de cilindros

Figura 14. Concepto D

Banda

Fuente: Moldeado, Inyección y Extrusión [en línea]. México: Textos Científicos, 2005. [Consultado 21 de Enero de 2008]. Disponible en Internet: http://www.textoscientificos.com/publish/article_829.php

3.3.5. Concepto E Figura 15. Esquema concepto E Termocuplas




Extrusora de fricción

El PLC tiene un puerto de 25 pines para 8 salidas, es decir que posee 8 posibilidades de accionar y controlar circuitos externos abiertos o cerrados, la transmisión directo por motoreductor es silenciosa y de fácil mantenimiento. Figura 16. Concepto E

Motoreductor


26

4. SELECCIÓN DE CONCEPTOS En la fase de selección de conceptos se analizan las diferentes posibilidades de diseño y se califican bajo los mismos criterios, a través de una matriz de tamizaje posteriormente con una de evaluación y definir así cual de las posibilidades cuenta con las mejores condiciones y criterios para finalmente adoptar al diseño a desarrollar. 4.1.

MATRIZ DE TAMIZAJE

Tabla 3. Matriz de tamizaje Criterios de selección

Concepto

Calidad de producción Materiales a trabajar (tipos de resinas) Costos de adquisición Consumo de energía Disponibilidad de componentes Fácil mantenimiento Positivos Iguales negativos total Orden ¿Continua?

A(ref) 0 0

B 0

C 0 0

D 0 +

E 0 +

0 0 0 0 0 0 0 0 3 Si

0 0 0 3 3 -3 5 no

0 0 0 4 2 -2 4 no

+ + 3 1 2 1 2 si

+ + 0 + 4 2 0 4 1 Si

Esta matriz es utilizada como un filtro para continuar con aquellos conceptos que son los mas apropiados para seguir con el proceso de diseño. Esta decisión es tomada al comparar cada uno de los conceptos con una referencia (concepto A) asignando una calificación de igual que (0), mejor que (+) y peor que (-). De acuerdo a esto el concepto a desarrollar es el E ya q cumple con todas las condiciones necesarias para brindar la posibilidad de satisfacer las necesidades y objetivos propuestos. 27

4.2.

ESPECIFICACIONES FINALES

Luego de haber seleccionado el concepto mas apropiado y haber refinado su diseño, se revisaron las especificaciones técnicas en base a este y se adoptaron nuevos valores, llevando así a las especificaciones finales: Tabla 4. Especificaciones finales # MÉTRICA # NECESIDAD 1 2 3 4 5 6

1,2 3 4 5,7 6 8

7

9

MÉTRICA

IMP

UNIDADES

Inteligencia Inte ligencia Sens Se nsore oress Mando Calefa Cal efacci cción ón Velocidad Aislamiento térmico Mantenimiento

5 3 5 3 4 4

Subjetiva °C Subjetiva °C rpm listo

5

subjetiva

28

5. DESARROLLO DE LA ARQUITECTURA DELPRODUCTO 5.1.

ANÁLISIS DE LA ARQUITECTURA DEL PRODUCTO

Se opto por implementar una arquitectura modular sin embargo se trato de integrar, en lo posible, la mayor cantidad de piezas para lograr una estructura compacta que cumpla con las especificaciones dadas. 5.2.

INTERACCIONES ENTRE ELEMENTOS FÍSICOS Y FUNCIONALES

Figura 17. Interacciones entre elementos físicos y funcionales

La interacción entre los elementos físicos y funcionales no muestra en su totalidad una arquitectura modular, sin embargo muestra relaciones entre algunos elementos que podrían agruparse para conformar un modulo. Además, se pueden 29

apreciar claramente como ciertos elementos se deben relacionar entre si para cumplir una función como lo es el PLC y los sensores para poder ejercer el control. 5.3.

ESQUEMA DEL PRODUCTO

En esta sección se presenta un esquema general del producto donde se observan los diferentes módulos que lo componen a través de sus funciones. Figura 18. Esquema general del producto por bloques funcionales (chuncks)

30

5.4.

DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA

Figura 19. Distribución espacial de los chunks

5.5. IDENTIFICACIÓN DE INTERACCIONES FUNDAMENTALES E INCIDENTALES En ésta etapa se muestran las posibles interacciones que no fueron planeadas ni previstas en el diseño planteado anteriormente, por esto es necesario considerar las posibles incidencias que se presenten entre los elementos funcionales pues se puede generar un mal comportamiento del sistema. Figura 20. Interacciones incidentales Interferencia Sensores

Control Desajuste mecánico

Caja porta rodamiento

Tornillo y motoreductor

31

5.6.

ARQUITECTURA A DIFERENTES NIVELES

Tal como se había mencionado anteriormente la arquitectura a nivel del sistema es predominada modularmente, pero a nivel de subsistemas posee una arquitectura integral, ya que para lograr un buen funcionamiento y el cumplimiento de las especificaciones dadas del sistema se debió compactar en lo posible la mayor cantidad de elementos de cada subfunción. 5.7.

ARQUITECTURA DEL SISTEMA ELÉCTRICO

Para determinar el sistema electrónico se concibió la idea de desarrollar una consola de control completamente digital, fácil de manejar y que garantice el buen funcionamiento y operación de la máquina. Teniendo en cuenta esta información, se opto por implementar una arquitectura integral optimizando el espacio y facilitando las distintas conexiones.

32

6. DISEÑO INDUSTRIAL 6.1.

VALORACION DEL DISEÑO INDUSTRIAL

Con el afán de construir una máquina que tenga gran impacto visual y funcional, se realizó una valoración del diseño industrial para aplicar algunos conceptos con el propósito de mejorar el producto y su funcionalidad, esto para conseguir la satisfacción de las necesidades expuestas por el cliente. Teniendo en cuenta las expectativas del cliente, en el diseño se hará énfasis en el manejo de las operaciones de la máquina, pues estas deben ser de fácil uso, amigable en el control de la misma y que posea además cualidades ergonómicas. En esta fase del diseño del producto se busca desarrollar conceptos y especificaciones que permitan optimizar tanto las funciones como el valor y la apariencia del mismo para que este sea el esperado. 6.1.1. Necesidades Ergonómicas. Poner en marcha la extrusora no requiere de destreza ni experiencia en maquinaria plástica, puesto que ésta máquina es completamente fácil de operar, ya que posee un instrumentos de alta tecnología y precisión los cuales garantizan un excelente rendimiento en sus respuestas en facilitan el uso de la misma. El mantenimiento se basa fundamentalmente en la lubricación de los rodamientos y el motoreductor y en el aseo general de las piezas. Como seguridad se adapta un sistema alarmas y paradas de emergencia para determinar si ocurre un recalentamiento del motor o una marcación deficiente de las zonas de calefacción. Este sistema será efectivo si es ejecutado correctamente por los operarios

33

Figura 21. Necesidades ergonómicas Alto

medio

alto

Facilidad de uso Facilidad de mantenimiento Cantidad de interacciones Novedad de las interacciones Seguridad

6.1.2. Necesidades estéticas. Para generar un gran impacto era necesario contar con un producto con buenos acabados y visualmente agradable. Figura 22. Necesidades estéticas Alto

medio

alto

Diferenciación del producto Orgullo de posesión, imagen o moda Motivación

Todo esto lleva a definir qué tipo de producto se está desarrollando, si se encuentra dominado por la tecnología o por el usuario en términos de las interacciones con el usuario final. Por esto, aunque el producto está diseñado para uso y bien del hombre, es un sistema que tiene funcionalidad en ambientes especiales y para desarrollar una tarea específica, por lo tanto es un producto orientado a la tecnología.

34

6.2.

PREDOMINIO TECNOLÓGICO

El predominio tecnológico comienza a partir de la visualización del producto, pues éste se desarrolla bajos los parámetros de la ingeniería como una solución especifica a las necesidades del cliente, a esto se le suma la inclinación del funcionamiento hacia la resolución de problemas haciendo uso de soluciones tecnológicas tales como funcionalidad, especialidad, ergonomía y seguridad del diseño. Figura 23. Clasificación del producto

D. tecnolo ía

6.3.

D. usuario

IMPACTO DEL DISERÑO INDUSTRIAL

Las consideraciones para este diseño industrial se ven reflejadas en los siguientes criterios, y tienen que ver con la relación del dispositivo con una persona como usuario. 6.3.1. Interfaces del usuario. La máquina tiene un tablero de control completamente digital el cual tiene un selector de encendido general (on-off). Posee un pulsador de color verde que permite el arranque del motor de la extrusora una vez el PLC haya permitido dicha acción. Cuando el motor hace su arranque y durante todo su funcionamiento una luz verde permanecerá encendida. A su vez cuenta con un pulsador de color rojo que permite el apagado del motor de la extrusora. Mientras el motor permanezca en este estado una luz roja quedará encendida.

35

6.3.2. Facilidades de mantenimiento y reparación. El mantenimiento se basa en la lubricación del motoreductor y la caja porta rodamientos. Estos dos mecanismos tienen alimentadores y desfogues correspondientes. 6.3.3. Uso apropiado de los recursos. Los materiales usados para la fabricación de la extrusora son apropiados en términos económicos sin poner el riesgo la durabilidad, la buena calidad y la apariencia. La escogencia de los mismos ha sido realizada con el propósito de optimizar el proceso y de generar un diseño apropiado que satisfaga las necesidades y especificaciones planteadas. 6.3.4. Diferenciación del producto. El producto se distingue fácilmente, ya que su diseño es llamativo y muy particular en relación a otras estructuras, este posee elementos de excelente precisión y de alta tecnología. 6.4.

EVALUACIÓN DE CALIDAD DEL DISEÑO INDUSTRIAL

Figura 24. Evaluación de la calidad del diseño industrial Categoría

Alto

Calidad interfaces usuario Requerimientos emocionales Facilidades de mantenimiento Uso apropiado de los recursos Diferenciación del producto

36

medio

alto

7. DISEÑO PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLE 7.1.

ANÁLISIS DEL DISEÑO PARA MANUFACTURA (DPM)

Pensando en el DPM se integraron diferentes partes para que estas cumplieran varias funciones, como por ejemplo, la base de la extrusora que sostiene todos los accesorios y partes de la máquina. En relación al sistema electrónico se valoró la implementación modular aprovechando el espacio disponible y ubicando estratégicamente los sensores aumentado así la confiabilidad en la actividad de estos. 7.1.1. Lista De Componentes Tabla 5 Lista de componentes COMPONENTE CANTIDAD COSTO ESTIMADO UNITARIO ESTÁNDAR Motoreductor

1

$ 5.300.000

si

resistencias

7

$ 840.000

si

vigas

4

$ 99,766

si

Retenedor caja porta rodamientos

2

$ 26.000

Si

Rodillo caja porta rodamientos

1

$ 112.053

Si

balinera caja porta rodamientos

1

$ 112.053

Si

Camisa

1

$ 5.000.000

Si

37

Tornillo de 60mm

1

$3.000.000

acople de cadena kc-8018

1

$ 947.200

Si

Pintura laminas

12

$ 500.000

Si

Tolva

1

$ 3. 500.000

Si

Tornillería Allen G8

60

$ 2.000

Si

Pilotos electrónicos 110/220

2

$3.500

Si

Interruptor codillo 2pcs muletilla

1

$5.500

Si

Contactor de icid 95 de corriente

1

$73.000

Si

Relé térmico de protección EBC 55-70 AMP

1

$43.000

SI

Amperímetro digital

7

$82.000

Si

Voltímetro digital

7

$73.000

Si

Selector de líneas

1

$23.000

Si

Control de temperatura digital 100-240v

7

$70.000

Si

38

Relé de estado solido

7

$35.000

Si

Pulsador metálico

2

$5.000

Si

Extractor de 5” a 220v

2

$26.000

Si

Cable vehicular

30mts

$1.750

Si

Cable siliconado

50mts

$2.250

Si

Cable trifásico # 6

10mts

$9.790

Si

Arandela

60

2.000

Si

Guasa

60

2.000

Si

tuerca

60

4.000

Si

7.1.2. Impacto del DPM sobre otros factores. El 25% del tiempo de desarrollo de la máquina extrusora se implementó realizando análisis para determinar la fabricación de las piezas para que éstas cumplieran con las necesidades exigidas. 7.2.

ANÁLISIS DE DISEÑO PARA ENSAMBLE (DPE)

En ésta etapa del diseño se busca conseguir una reducción de costos a través del ensamble para facilitar el proceso y mejora del mismo. Continuando con la metodología utilizada de diseño de productos y con la intensión de realizar un análisis completo sobre el tema se tendrán en cuenta las siguientes variables: 7.2.1. Reducción de costos de ensamble. Cuando se integran los componentes se logra ejercer un control en las tolerancias del proceso de manufactura más no en el de ensamble. Tiempo estimado para el ensamble 480 MINUTOS (8horas).

39

# partes min* 3s

Índice DPE =

Tiempo _ estimado _ para _ ensamble

Índice DPE =

313 * 3seg 480 * 60seg

Índice DPE = 0.033

7.2.2. Maximización de la facilidad del ensamble. Lo que se busca es intentar realizar la menor cantidad de acciones de ensambles posibles. Con este objetivo diseñamos un tablero de control el cual contiene todos los circuitos y conexiones electrónicas, los cuales pueden ser visibles y ajustables de manera cómoda y correcta para el operario. En cuanto a la transmisión el motoreductor evita todos los posibles enredos o atascamientos en las poleas y cadenas, las cuales son necesarias para generar la rotación del tornillo. Las piezas que conforman la estructura son pocas y de fácil ensamble. 7.3.

REDUCCIÓN DEL COSTO DE ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD

La mayoría de los huecos para sujetar las láminas de la extrusora son simétricos. De esta manera evitamos instalaciones inadecuadas y diferentes tipos de tornillería. Para el garantizar que el porta molde no genere perdidas ni escapes de material se maquina la pieza completa sin tener que ajustar alguna pieza adicional que me genere fugas.

40

8. PROTOTIPADO Durante el proceso de diseño se realizaron varios prototipos. Prototipo1: prototipos de diseños de conexiones eléctricas realizadas en bancos de trabajo para comprobar el buen funcionamiento de los motores y reductores. Prototipo 2: prototipos analíticos de conexiones electrónicas con el fin de verificar el funcionamiento de todos los instrumentos electrónicos como pirómetros, relés de estado sólido y demás componentes utilizando programas como PROTEUS Y AUTOCAD ELECTRIC. Figura 25. Representación de los prototipos Físico

1

Parcial

Completo

2

Analítico

41

9. DISEÑO DETALLADO 9.1.

DISEÑO MECANICO DE LA ESTRUCTURA Y LOS MECANISMOS

Identificando las necesidades del cliente se logro seleccionar un concepto de la estructura mecánica que presentara la extrusora y los mecanismos que permitirán el funcionamiento de esta. El mecanismo de funcionamiento consta de las características de diseño del tornillo y las revoluciones que se determinen en la transmisión de este con el motoreductor. 9.1.1. Tornillo helicoidal. El componente más importante de la extrusora es el tornillo, el cual consta de características definidas en función del material a extruir y de la capacidad de la extrusora. En este caso el diámetro del cilindro, da el parámetro de la maquina al igual que la relación entre la longitud del tornillo y el diámetro de la camisa (L/D). La relación (L/D) varía entre 5 y 30, siendo las más usuales las que varían entre 20 y 25. Esta relación es función del tipo de material empleado ya que los materiales fácilmente degradables requieren relaciones bajas de (L/D), lo contrario para los materiales que requieren ser mejor homogenizados, necesitan relaciones altas de (L/D). Para esta el diámetro del tornillo es de 65mm y la relación (L/D) es de 32 permitiendo así trabajar varios tipos de resinas tales como: PE, PP, PC. Figura 26. Esquema tornillo extrusora.

42

9.1.2. Eje porta rodamiento En este eje descansa un rodamiento cónico tipo bola el cual genera una fuerza axila en contra a la fuerza generada por el tornillo sin fin en el momento de realizar el proceso de extrusión. Figura 27. Eje porta rodamiento

9.1.3. Caja porta rodamiento Es la encargada de lubricar y dar centro al eje porta rodamiento. Figura 28. Caja porta rodamiento

43

9.1.4. Camisa. Es un cilindro metálico que aloja en su interior al husillo y constituye el cuerpo principal de una máquina de extrusión. El barril debe tener una compatibilidad y resistencia al material que esté procesando, es decir, fabricado de un metal con la dureza necesaria para reducir al mínimo cualquier desgaste. La dureza del cañón se consigue utilizando aceros de diferentes tipos y cuando es necesario se aplican métodos de endurecimiento superficial de las paredes internas del cañón, ya que estas son las que están expuestas a los efectos de la abrasión y la corrosión durante la operación del equipo en el proceso de extrusión. Figura 29. Camisa

9.1.5. Flanche de ajuste. Permite intercambiar cualquier tipo de boquilla ajustable a las medidas de este. Figura 30. Flanche de ajuste

44

9.1.6. Porta molde. Permite desplazar con seguridad los moldes que se deseen trabajar.

Figura 31. Porta molde

9.1.7. Resistencias. Son resistencias tipo abrazadera ubicadas en la camisa de la extrusora. Su recubrimiento térmico es de asbesto y sus terminales son en porcelana. Figura 32. Resistencias

9.1.8. Termocupla tipo j. Es una resistencia mecánicamente robusta y resistente químicamente, producen una salida eléctrica muy estable y responden con la velocidad necesaria. Figura 33. Termocupla tipo J

45

9.2.

SELECCIÓN DE MOTORES

Las revoluciones apropiadas para trabajar resinas plásticas recuperadas están entre las 80 y 90 rpm. Esta función la realizara el motoreductor el cual consta de un variador de velocidad para brindar una mayor comodidad al proceso. La transmisión de movimiento es hecha por un reductor electro-mecánico tipo engranajes con una relación 1:40 esto por el tipo de material que se va a procesar (material escogido de reciclado) de tanta variedad puede generar altas torsiones. El motor tiene como características una protección IP44 y además una capacidad de trabajo continuo de 20 KW (25 HP). La escogencia del mismo tiene como parámetro el poder suplir sobrecargas en trabajo hasta un 20% más. Esto permite en momentos determinados soportar puntos máximos de esfuerzos sin compromiso de la parte eléctrica, ni mecánica de la máquina. Figura 34. Motoreductor SIEMENS 1LA7 164-4YA70

Tabla 6. Especificaciones Motoreductor SIEMENS 1 LA7 164-4YA70 S1 FP 0.84 60HZ IEC34 20Hp

IP55 220V-440V 70Kg 90 RPM Ta -15/40°C

46

9.3. DESCRIPCIÓN DE LA ARQUITECTURA DE CONTROL Y DESEÑO HARDWARE SOFTWARE La extrusora según las metas trazadas tiene que ser un producto impactante diseñado con tecnología de punta. Realizando un análisis previo se determino que esta debería contar con un nivel de inteligencia propia capas de Sensar, controlar temperaturas y brindar seguridad al operario en la manipulación de esta y en proceso de producción. Para especificar se hará un análisis detallado del PLC implementado en la máquina: 9.3.1. Voltaje de alimentación. Este PLC usa un adaptador de corriente y voltaje que se conecta a un toma corriente de la red de 110VAC a 130VAC, /60Hz, el adaptador proporciona un voltaje de salida regulado y estabilizado igual a 12 voltios y una corriente máxima entre 1000 y 1200 miliamperios en corriente directa (12VDC / 1000-1200mA), Se recomienda conectar este adaptador a un toma corriente de 110 voltios AC con filtro, cortapicos y punto a tierra, como los Multitoma utilizados para equipos electrónicos sensibles, (computadores, impresoras etc.) que ofrecen inmunidad y filtran corrientes y señales parásitas como armónicos, picos altos de corriente, pulsos espurios etc. ,(cualquier ruido eléctrico o interferencia que se produzca en la red eléctrica). Entradas y salidas. Este PLC tiene un puerto de 9 pines para cinco(5) entradas digitales, y 2 entradas adicionales por jack timer auxiliares es decir que puede recibir datos o señales provenientes de sensores que generen pulsos lógicos, esto se puede hacer con el uso de interruptores, pulsadores, finales de carrera, switch, micro-switch, etc. ; tanto por si mismos o por el conjunto en que este constituido el sensor como lo puede ser una leva o cualquier artefacto mecánico que al moverse produzca un cierre o apertura en un circuito eléctrico o electrónico. O mediante el uso de un sensor analógico que puede ser de acción mecánica o electromecánica, como una válvula de presión que produzca un cierre o apertura en un circuito eléctrico o electrónico, lo cual transforma el valor analógico en un valor lógico o digital el cual el PLC es capaz de identificar; a este último ejemplo pueden pertenecer sensores eléctricos o electrónicos como manómetros, diferenciadores de presión, tacómetros, termostatos, pirómetros, sensores de luz, normal o infrarroja, sensores de humedad, de humo y fuego, de nivel, de sonido o ruido, o ultrasónicos, encoders, etc.

47

9.3.2. Panel de control. El panel de control está conformado por una luz roja que indica que el voltaje de alimentación está conectado, y que el PLC está listo para ser encendido. Luz verde que indica que el PLC está encendido y operando. Botón de encendido y apagado. Botón de reinicio o RESET que al oprimirlo en cualquier momento del funcionamiento, el PLC reinicia la operación programada. Botón de inicio del TIMER1 auxiliar. Este acciona una salida instantánea al arrancar un contador de tiempo ascendente de 0 a 10 minutos (600 segundos) y finalizado el tiempo apagara la salida accionada. Botón giratorio del TIMER1 auxiliar. Selecciona el tiempo que el operador programe de 0 a 600 segundos = 10 minutos. Botón de inicio del TIMER2 auxiliar. Arranca un contador de tiempo ascendente de 0 a 10 minutos (600 segundos) que accionara una salida al finalizar el conteo del tiempo, y permanecerá así hasta un apagado manual o por señal remota. Botón giratorio del TIMER2 auxiliar, selecciona el tiempo que el operador programe de 0 a 600 segundos = 10 minutos. Selector TIMER2/COUTER es un selector para visualización en display o de tiempo o de unidades de conteo de señal. Botón inicio de COUNTER. Al oprimirlo inicia la operación de conteo de unidades o pulsos de señal, o de tiempo muerto, hasta 1000 unidades (en segundos 1000 segundos =16.66 minutos). Cinco luces indicadoras de entrada de señal, indican la entrada en operación de algún sensor conectado al PLC. Diez luces indicadoras de salidas de control, indica que el PLC ha puesto en operación alguna salida de control de potencia. Dos pantallas digitales o de display numérico de tres dígitos, muestran el valor programado en tiempo real segundo a segundo. Además la pantalla perteneciente al TIMER2 puede mostrar el conteo de eventos o sucesos por medio de una señal de conteo que se conecte al PLC. Dos puertos de salida por jak para uno para cada uno de los TIMER 1 y TIMER2 auxiliares, puertos a los que se conectan una carga extra para ser controlada desde el panel. (O para el enlace con el programa y las entradas de señal, a manera de un sensor con el PLC). Un puerto de entrada de 9 pines, para la conexión al PLC de 5 sensores y señales de entrada en operación. Un puerto de salida de 25 pines para la conexión al PLC de 8 salidas de control, cargas de potencia de 1AMPERIO MAX. Dos puertos de entrada por jack para el control de señal década uno de los TIMER1 y TIMER2 auxiliares. Un puerto de entrada tipo jack stereo para la programación, u descarga del programa piloto de control, a este puerto se conecta un cable especial de de descarga y un computador.

48

Dimensiones. El PLC mide 21cm X 21cm X 8cm. (teniendo en cuenta los puertos a conectar y el ventilador/extractor de refrigeración las medidas pueden resultar aumentadas un poco) así: 25X25X12. Figura 35. PLC DIGITAL MASTER P18 – 2

49

Figura 36. Puertos entrada y salida PLC A.

B.

50

C. D.

E.

En A. encontramos las posibles conexiones de sensores tipo switch de uso manual. En B encontramos las posibles formas de uso y conexión de sensores y/o equipos electromecánicos, electrónicos etc. Que puedan servir como interfaz entre mediciones de señales analógicas o digitales. En C y D encontramos diversos componentes electrónicos que pueden ser usados como sensores en ese tipo de conexiones, de forma independiente, o en conjunto con otros componentes y circuitos electrónicos de interfaz.

51

En E encontramos como son las conexiones internas, del puerto principal de cinco (5) entradas 9 pines hembra. Figura 37. Conexiones PLC

En los anteriores ejemplos de la figura.30, podemos observar como se pueden realizar conexiones, a los bornes o pines de salida de este puerto principal, vemos como se halla protegido mediante fusibles de un (1) amperio máximo; y como se utilizan diferentes fuentes de poder, como baterías o pilas, fuentes de corriente directa de 12, 24, VDC, y también de corriente alterna a 110VAC. En los casos (A), (B), (C), vemos como se pueden conectar cargas directamente a las salidas del puerto, para que sean controladas por el PLC; y sin que medie ningún relé de interfaz, solo intercalando en serie un fusible de protección de 1A.

52

En todo caso siempre debe conectarse las cargas o actuadores, en serie con los puntos de (NC), (NA) de los puertos de salidas del PLC, tal y como se indica en los ejemplos. Claro está que el usuario podrá hacer las adaptaciones de acuerdo a las necesidades de su maquinaria y/o proceso a controlar, pero siempre contando con la guía y asesoría de un profesional reconocido en la materia; con lo que se garantiza la correcta utilización de este equipo, y conservando la seguridad, protección, a equipos, maquinaria y personas que se vean involucrados. 9.4.

DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO

9.4.1. Sistema electrónico (tablero electrónico) Interruptor principal. Estados de encendido 1 y 2 estado apagado 0 (cero) Figura 38. Interruptor principal

Selector de voltaje entre fases. Permite verificar el voltaje entre las fases. Aproximadamente 220v • • • •

voltaje entre RS voltaje entre ST voltaje entre TR apagado (off)

53

Figura 39. Selector de voltaje entre fases

Interruptor de control y calefacción. Se acciona Girándolo en la dirección de las manecillas del reloj (hacia la derecha). Figura 40. Interruptor de control y calefacción

Pirómetros digitales. Una vez accionado este botón los sensores de temperatura (pirómetros) que son 7 dan inicio a su regulación según el valor que se halla programado en cada uno de ellos. De esta forma cada una de las zonas de calefacción de la extrusora se mantendrá en la temperatura establecida. Inicialmente cada uno de estos pirómetros mostrara mostrará una luz verde en su pantalla la cual indica que se está enviando corriente de alimentación a 220v para la(s) resistencia(s) del a respectiva zona que dicho pirómetro maneje. Se puede apreciar en la pantalla del pirómetro la temperatura que está registrando en tiempo real tanto de ascenso como de descenso de la zona deseada. Una vez el pirómetro haya alcanzado la temperatura seleccionada mediante la información recogida por la termocupla encenderá en lugar de la luz verde una luz roja que indica, que la temperatura está en su punto deseado. Es decir que el pirómetro cortara la corriente de alimentación a la resistencia o zona en cuestión, apagándola y manteniendo de esta forma la temperatura.

54

Figura 41. Pirómetros digitales

Amperímetros digitales. Cada una de las zonas de calefacción que controlan los pirómetros está interconectada a un amperímetro, este instrumento que permite ver la corriente con que se está alimentando la(s) resistencia(s) de dicha zona de calefacción. De esta manera podemos calcular o darnos cuenta si alguna de las zonas está calentando o en su defecto esta averiada. Los amperímetros instalados en esta máquina son digitales y por tener una alta capacidad de medida hasta 200A, para el caso específico de las pequeñas corrientes que circulan por las resistencias de calefacción no mostraran una medida en números enteros sino en fracciones. Es decir que la medida que usted observe en la pantalla del amperímetro deberá ser dividida entre 100 y así obtendrá el valor real de dicha medida. Figura 42. Amperímetros digitales

55

Voltímetros digitales Figura 43. Voltímetros digitales

Encendido (botón arranque motor). Pulsador de color verde que permite el arranque del motor de la extrusora, una vez el PLC haya permitido dicha acción. (Esto ocurre ras una hora de calentamiento siempre y cuando el PLC haya sido encendido previamente). Cuando el motor hace su arranque y durante todo su funcionamiento la luz piloto verde permanecerá encendida. Figura 44. Botón Encendido

Fuente: Botón [en línea]. Alemania: Timmer pneumatik, 2008. [Consultado 25 de Abril de 2008]. Disponible en internet: http://neumatica-es.timmer-pneumatik.de/artikel/artbild/maxi/vaz-htf.jpg

56

Apagado (botón detener motor). Pulsador de color rojo que permite el apagado del motor de la extrusora. Mientras el motor permanezca en este estado una luz roja quedara encendida. Si el motor de la extrusora tras un tiempo de estar funcionando, o en el momento del arranque, presentara problemas de recalentamiento y se detuviera; Además de la luz roja antes mencionada entraría en encendido otra luz del mismo color indicando q el motor está parado por dicho problema (recalentamiento). Figura 45.Botón Apagado

Fuente: Botón [en línea]. Alemania: Timmer pneumatik, 2008. [Consultado 25 de Abril de 2008]. Disponible en internet: http://neumatica-es.timmer-pneumatik.de/artikel/artbild/maxi/vaz-htf.jpg

Figura 46. Esquema tablero electrónico máquina extrusora

57

Planos eléctricos Figura 47. Esquema eléctrico 1


58


9.5. RESULTADOS FINALES DEL DESARROLLO Figura 50. Esquema Máquina extrusora Zonas de calefacción

Tolva

Portamolde

Cabezal

Motoreductor

Tablero electrónico

Camisa

59

Figura 51. Máquina extrusora modelo LDM 65/32 Marca WKT instalada en la planta de madera plástica PTO Asís – Putumayo

60

Figura 52. Postes madera plástica

Postes de madera plástica. Pruebas realizadas en la planta de madera plástica Puerto Asís putumayo.

61

10. CONCLUSIONES La metodología de diseño mecatrónico en una de sus etapas más importantes, la selección de conceptos, permitió desarrollar el mejor concepto. •

El sistema de alimentación y dosificación generados por el tornillo sin fin, son la pauta para obtener un producto de excelente calidad. •

El proceso de extrusión es un proceso sencillo el cual contribuye de manera admirable con el medio ambiente. •

En la extrusora se implementaron los sensores apropiados permitiendo así tomar decisiones para la aplicación destinada. •

Tanto el diseño eléctrico, electrónico y mecánico culminaron satisfactoriamente. Dándose la oportunidad por parte de la empresa se realizo el ensamble de la maquina, se puso en marcha y se hicieron las pruebas pertinentes obteniendo resultados positivos. •

62

BIBLIOGRAFÍA BEER, Ferdinand. Mecánica vectorial para ingenieros: Estática. Madrid: McGrawHill, 2003. 586 p. BELCHER, Samuel. Practical Extrusion Blow Molding. Estados Unidos: Evening post job, 1999. 392 p. HART, Daniel W. Electrónica de Potencia. Estados Unidos: Prentice Hall, 2001. 754 p. Extrusión [en línea]. Argentina: Nexem, 2008. [Consultado 16 de Enero de 2008]. Disponible en internet: www.nexem.com.ar MIRAVETE, Antonio. Materiales Compuestos I y II. Estados Unidos: Editorial Reverte, 2000. 1486 p. NORTON, Robert L. Diseño de máquinas. Estados Unidos: Prentice Hall, 1999. 950 p. Proceso de extrusión del Plástico [en línea]. México: Quiminet, 2007. [Consultado 22 de Octubre de 2008]. Disponible en Internet: http://www.quiminet.com.mx/ar8/ar_z%257EB%251A%2504%2598%25A2%25E8. htm Plásticos (productos) [en línea]. Colombia: Acmeleón, 2008. [Consultado 13 de Enero de 2008]. Disponible en internet: www.acmeleon.com Plásticos para la construcción y la industria [en línea]. México: Equipol, 2007. [Consultado 15 de Diciembre de 2007]. Disponible en internet: www.equipol.com.mx

63

Plásticos y La Inyección [en línea]. México: Maquinaria para Inyección, 2007. [Consultado 30 de Noviembre de 2007]. Disponible en: http://www.maquinariapara-inyeccion-de-plasticos.com.mx/Inyecciónplástico.htm.

64

ANEXOS Anexos A. Fotos

Maquinado de flanche de ajuste para boquilla.

65

Cabezal estilo Porta molde

Camisa tipo barril extrusora

66

Tolva secadora

Tablero electrónico (conexiones)

67

Base en viga 4” canal U

Acople tipo cadena KC-8018

68

Tablero de control

Base extrusora y resistencias

69

Anexos B. Planos

70

71

72

Diseño Maquina Extrusora

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