ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DENUNCIA DEL PERFIL DE PROYECTO DE GRADO
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DOSIFICADORA Y EMPACADORA CONTROLADA POR PLC PARA LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN DE SNACKS DE LA EMPRESA ECUAMEX S.A” PERFIL DEL PROYECTO DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO.
RESPONSABLES: MAURICIO IZA C. ALEX MEDINA C. 10-04-2012 SANGOLQUI-ECUADOR
ÍNDICE
1. TÍTULO DEL PROYECTO....................................................................................................... 3 2. DATOS REFERENCIALES DEL PROYECTO.............................................................................. 3 2.1. FECHA DE PRESENTACIÓN............................................................................................ 3 2.2. RESPONSABLES DEL PROYECTO................................................................................... 3 2.3. ÁREA DEL TEMA............................................................................................................ 3 2.4. INSTITUCIÓN AUSPICIANTE Y/O BENEFICIADA.............................................................. 3 2.5. COLABORADORES PROFESIONALES............................................................................... 3 2.6. LOCALIZACIÓNGEOGRÁFICA.......................................………………………………………………… 3 2.7. DURACIÓN DEL PROYECTO............................................................................................ 4 3. DEFINICIÓN DEL PROYECTO.................................................................................................. 4 3.1. ANTECEDENTE................................................................................................................ 4 3.2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.................................................................................... 4 3.3. ÁREA DE INFLUENCIA..................................................................................................... 5 3.4. MARCO INSTITUCIONAL................................................................................................. 5 3.5. ALCANCE DEL PROYECTO............................................................................................... 5 3.6. METODOLOGÍA ………………………….................................................................................. 6 4. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................... 7 5. ANEXOS ……………………………………………………………………………………………………………………………… 7 5.1 PROPUESTA DE ÍNDICE ………………………………………………………………………………………………. 7 5.2 TERMINOLOGÍA …………………………………………………………………………………………………………. 9
2
PERFIL DEL PROYECTO 1. TÍTULO DEL PROYECTO
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DOSIFICADORA Y EMPACADORA CONTROLADA POR PLC PARA LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN DE SNACKS DE LA EMPRESA ECUAMEX S.A” 2. DATOS REFERENCIALES DEL PROYECTO 2.1. FECHA DE PRESENTACIÓN
Lunes 09 de Abril del 2012. 2.2. RESPONSABLES DEL PROYECTO
Mauricio Fernando Iza Castro Álex Francisco Medina Carrillo 2.3. ÁREA DEL TEMA
Diseño Mecatrónico Industrial Sistemas de Control y PLC’s Automatización Industrial Mecatrónica 2.4. INSTITUCIÓN AUSPÍCIANTE Y/O BENEFICIARIA
La institución auspiciante y/o beneficiaria del proyecto es ECUAMEX S.A. en el área de fabricación y producción de Snacks en el Distrito Metropolitano de Quito. 2.5. COLABORADORES PROFESIONALES
ESPE Ingeniero Hernán Lara. Ingeniero Boris Culqui. Directos ECUAMEX S.A Sr. Montalvo Rubén Gerente de Producción. 2.6. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA
Ubicación de la Empresa País: Ecuador Región: Sierra Provincia: Pichincha Cantón: Quito Parroquia: Cotocollao Barrio: Quito Norte Dirección: Av. Rigoberto Heredia Oe5-191 y Av. Machala 3
2.7. DURACIÓN DEL PROYECTO
El proyecto puede realizarse en 8 meses y el plazo máximo es de 10 meses a partir de la aprobación del perfil de proyecto de grado.
3. DEFINICIÓN DEL PROYECTO 3.1. ANTECEDENTES
ECUAMEX S.A. es una empresa privada ecuatoriana constituida como tal hace diez años, dedicada al diseño y elaboración de maquinaria industrial para la línea alimenticia y que en la actualidad está incursionando en la producción de snacks, para exportación y el consumo local. Una de las principales competencias del mercado en lo referente al diseño y elaboración de la maquinaria alimenticia es la empresa privada ASTIMEC, misma que tiene varios años trabajando a nivel local. En la elaboración y producción de Snacks tenemos empresas como FRITO-LAY que es una de las marcas más populares y con una gran aceptación nivel nacional, indicador que hace a ECUAMEX S.A. elevar sus estándares de calidad para poder competir en el mercado ecuatoriano. 3.2. MARCO INSTITUCIONAL
3.2.1
MISIÓN
ECUAMEX S.A empresa privada dedicada al diseño y construcción de maquinaria para procesos alimenticios que a partir del 2011 integra un proyecto internamente para la creación del departamento de producción y fabricación de snacks. 3.2.2
VISIÓN
Llegar a constituirse como una empresa líder y competitiva a nivel regional en la producción y elaboración de snacks. 3.3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
En la última década, el sector industrial alimenticio ha tenido un crecimiento enorme en sus líneas de producción, incorporando a su línea máquinas y maquinaria de alta productividad, que alcanzan los estándares de calidad que el mercado demanda, satisfaciendo la necesidad de los clientes. Máquinas automatizadas que llevan un control estricto en proporciones, niveles, cantidades, dimensiones para la elaboración de un determinado producto. Esto ha hecho que muchas empresas del medio intenten adquirir equipos más personalizados para su tipo de producción, invirtiendo grandes cantidades de dinero para financiar el diseño y la construcción de máquinas que se ajusten a sus necesidades. ECUAMEX S.A con el fin de estar a nivel de la competencia, mejorar su producción, llevar un control cualitativo y cuantitativo de su producto, verificar que el producto se elabore 4
bajo las normas de producción en nuestro país, decide invertir en el diseño y elaboración de una envasadora automatizada de Snacks para incorporarla en su línea de producción, esperando así elevar su rendimiento como empresa y estar a la altura del mercado demandante actual. La envasadora ocupará el eslabón final dentro de la línea de producción de Snacks de ECUAMEX S.A, máquina a cargo de censar la cantidad que transportará cada unidad, así como su envasado, sellado y corte final para obtener el producto que estará listo para ser adquirido por el consumidor. Adicional ECUAMEX S.A ha solicitado la incorporación de un Marcador electrónico dentro del proceso de envasado, en el cual se indique fechas de emisión, expiración, Precio de Venta al Público y Lote de producción de su producto. 3.4. ÁREA DE INFLUENCIA
ECUAMEX S.A. mediante la inversión en el presente proyecto estima obtener un máximo rendimiento en su producción, así como el control sobre su producto, en cantidad, presentación, elaboración y sobre todo la calidad del mismo que va a lanzar al mercado. La finalidad es tratar de reducir errores en la medición de la cantidad por unidad del producto. Un correcto envasado al final de la línea asegura la eficiencia en la velocidad de producción que se desea obtener.
3.5. ALCANCE DEL PROYECTO 3.5.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir una envasadora automática para la línea de producción de snacks de la empresa ECUAMEX S.A. 3.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Construir una envasadora de alta productividad que cumpla con los requerimientos de la empresa ECUAMEX S.A, económica, práctica y eficiente. Realizar el control del funcionamiento de la envasadora automática en su totalidad mediante la implementación de un PLC industrial. Obtener un máximo rendimiento en la producción de snacks, minimizando los errores en las mediciones de cantidad por producto. Desarrollar planos de la envasadora automática para respaldo de la empresa ECUAMEX S.A, para futuros proyectos. 3.5.3. SISTEMA MECÁNICO
La envasadora contará con un mecanismo seguidor de leva el cual dará el recorrido de la subida y bajada del sistema de mordazas mediante el acople de una cadena y una polea. 5
El sistema de corte estará conformado por dos mordazas cuyo centro tendrá una cavidad para la cuchilla que hará el corte según el tamaño de la funda. Además cuenta con un sistema de polea, el cual es activado por un pistón neumático que hará que el sistema se cierre o se abra. Para el proceso de formación de la funda usaremos un formador de cuello redondo, el cual forma un tubo continuo de material de empaque al ingresar el plástico por la parte posterior de la capa y enrollarse alrededor del conducto de alimentación del producto. Además se contará con elementos como chumaceras, rodamientos, engranajes, etc. que nos ayudarán en la transmisión de movimiento. 3.5.4. SISTEMA ELECTRÓNICO / ELÉCTRICO
Para el sistema de sellado de la funda se usará niquelinas en el interior de las mordazas, dando el efecto térmico para la dilatación del polímero y su posterior adición. La fuerza electromotriz requerida para subir y bajar el sistema de las mordazas estará dada por un motor trifásico, el cual será controlado por un variador de velocidad. El sistema de pesado estará dado por celdas de carga las cuales identificarán el peso del producto que se quiera envasar en las fundas, señal que luego será usada para el control de la misma, además se cuenta con dos vibradores que conjuntamente con dos bandejas abastecerá a la balanza de pesaje. Se contará con un armario eléctrico en el cual se encontrarán todas las conexiones eléctricas que gobernarán la máquina. 3.5.5. SISTEMAS DE CONTROL
Todo el proceso y las funciones que deba realizar la máquina serán controladas por un PLC con una interfaz gráfica para el operador en la cual se podrá monitorear parámetros como estado de la máquina, temperatura del sistema de sellado, número de fundas envasadas y peso nominal del producto por unidad. 3.5.6. SOFTWARE PARA IMPLEMENTACIÓN, ANÁLISIS Y SIMULACIÓN
Para la simulación de las piezas mecánicas que se usarán se utilizará SolidWorks, herramienta que servirá para sacar los planos de la máquina los cuales serán un respaldo. Para simular la programación del PLC se utilizará dos software, PCsimu y PLC Motion. En la implementación se utilizará el propio software del PLC que se adquiera.
3.5.7. METODOLOGÍA 1. Analizar las características y parámetros necesarios para llevar a cabo el proceso de envasado.
6
2. Diseñar las partes que conformarán los diferentes sistemas que gobernarán la máquina. 3. Ensamblar y crear un prototipo de la máquina mediante software de simulación y diseño ingenieril. 4. Presentar la propuesta desarrollada al Gerente General de ECUAMEX S.A. para su aprobación. 5. Fabricación de las piezas en el área de manufactura de la empresa a partir de los planos aprobados. 6. Construcción y ensamblaje de la envasadora. 7. Programación del PLC y simulación del sistema eléctrico mediante software. 8. Incorporación del sistema eléctrico y sistema de control. 9. Pruebas de funcionamiento del sistema mecánico y eléctrico. 10. Presentación y puesta en marcha en la línea de producción.
4. BIBLIOGRAFÍA
NORTON, Robert L.; DISEÑO DE MÁQUINAS; Prentice Hall; Tercera edición; 2006. MOTT, Robert; DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS; Prentice Hall; Cuarta edición; 2006. SHIGLEY, J.; DISEÑO DE INGENIERÍA MECÁNICA; McGraw Hill, Octava edición; 2008. INEN; CÓDIGO DE DIBUJO TÉCNICO-MECÁNICO, QUITO 1989 RIBA, Carles; DISEÑO CONCURRENTE; Ediciones Universidad Politécnica de Cataluña, España 2000. HOOPER, JH.; CONFECTIONERY PACKAGING EQUIPMENT; ASPEN PUBLICATION, 1999 DERBY, Stephen J.; DESIGN OF AUTOMATIC MACHINERY; 2005 NETGRFÍA
http://www.procesoscontinuos.com http://www.festo.com http://www.formers.com http://www.tecnomaq.com.mx/index_old.html 5. ANEXOS 5.1. PROPUESTA DE ÍNDICE
CAPÍTULO 1.- GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCIÓN 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo general 1.2.2 Objetivo específico 1.3 MÁQUINAS EMPACADORAS 1.3.1 Máquinas selladoras 1.3.1.1 Sistema de sellado 1.3.2 Máquinas empacadoras semiautomáticas 1.3.3 Máquinas empacadoras automáticas 1.3.3.1 Empacadoras verticales 7
1.3.3.2 Sistema de dosificación 1.3.3.3 Empacadoras horizontales 1.4 CONTROL DE LAS MÁQUINAS EMPACADORAS CAPÍTULO 2.- MARCO TEÓRICO 2.1 INTRODUCCIÓN 2.2 DISEÑO DE ENGRANAJES 2.1 Propiedades de los Engranajes 2.2 Análisis de Fuerzas 2.3 Selección del Material del engranaje en base al esfuerzo flexionante. 2.3 DISEÑO DE EJES 2.4 COJINETES o rodamientos 2.4.1 Clasificación de los Rodamientos 2.4.2 Selección de Rodamientos 2.5 TRANSMISIÓN POR CADENAS 2.5.1 Diseño de transmisiones por cadenas 2.5.2 Análisis de fuerzas 2.6 SELECCIÓN DE MOTOR 2.6.1 Tipo de motor 2.6.2 Voltaje y Frecuencia de operación 2.6.3 Potencia y velocidades 2.7 FRENOS MECÁNICOS 2.8 TORNILLOS DE POTENCIA 2.8.1 Eficiencia de un tornillo de potencia 2.8.2 Esfuerzos en la rosca y diseño estático 2.9 PERNOS SUJETADORES 2.9.1 Resistencia de pruebas de pernos de acero 2.9.2 Esfuerzo en la rosca 2.10 DISEÑO DE COLUMNAS 2.11 UNIONES SOLDADAS 2.11.1 Esfuerzo de soldaduras sujetas a flexión 2.11.2 Esfuerzo de soldaduras sujetas a torsión 2.11.3 Factores de seguridad en uniones soldadas 2.12 ACCIONAMIENTOS NEUMÁTICOS 2.12.1 Dimensionamiento de los cilindros neumáticos 2.12.2 Elementos de mandos: válvulas 2.13 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMBLES 2.11.1 Especificaciones y propiedades de los PLC´s 2.11.2 Aplicaciones en la industria 2.14 SENSORES 2.14.1 Tipos de sensores 2.14.2 Sensores industriales 2.15 CELDAS DE CARGA 2.16 BALANZAS Y VIBRADORES 2.17 RELÉS Y CONTACTORES CAPÍTULO 3.- PREFACTIBILIDAD 3.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 3.2 ESTUDIO DE MERCADO 3.3 RESTRICCIONES Y LIMITACIONES 3.4 ESPECIFICACIONES 3.4.1 Parámetros funcionales
8
3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6
Dimensiones Materiales y acabados Control Vida útil Ambiente de Trabajo
CAPÍTULO 4.-DISEÑO DETALLADO 4.1 ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS 4.1.1 Sistema de Dosificación 4.1.2 Sistema de formación de la funda 4.1.3 Sistema de Sellado 4.1.4 Sistema de Corte 4.2 DISEÑO 4.2.1 Secuencia de funcionamiento de la máquina 4.2.2 Diseño de Engranajes 4.2.3 Diseño de ejes 4.2.4 Selección de Rodamientos 4.2.5 Dimensionamiento de las mordazas 4.2.6 Dimensionamiento de cilindros neumáticos 4.2.7 Diseño del formador 4.2.8 Selección del Motor 4.2.9 Diseño del bastidor 4.3 ELABORACIÓN DE PLANOS 4.4 PROTOCOLO DE PRUEBAS 4.5 COSTOS CAPÍTULO 5.- CONCLUSIONE SY RECOMENDACIONES
5.2 5.3
CARTA DE AUSPICIO TERMINOLOGÍA
Dosificar.- Regular la cantidad o porción de un producto. Seguidor.- Dispositivo o aparato que permite localizar o seguir una señal eléctrica o luminosa. Leva.- En ingeniería mecánica, es un elemento mecánico que va sujeto a un eje y tiene contorno con forma especial, para que el giro del eje haga que el perfil toque, mueva o empuje. Recorrido.- espacio que se recorre o que hace recorrer una persona o cosa. Mordaza.- Mecanismo usado en máquinas herramientas para la sujeción de piezas. Cadena.- Objeto constituido por una serie de eslabones, generalmente metálicos, enlazados entre sí. Polea.- Máquina simple que sirve para transmitir fuerza. Pistón (Actuador).- Dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática p eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Formador.- Pieza mecánica que forma u ordena. Chumacera.- Pieza de metal o madera con una muesca en que descansa y gira cualquier eje de maquinaria. Rodamiento.- Tipo de cojinete o elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento. 9
Engranaje.- Mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro de una máquina. Transmisión.- Mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Dilatación Térmica.- proceso físico por el cual se producen cambios de volumen como resultado de cambios de temperatura. Polímero.- sustancia formada por una cantidad finita de moléculas que le confieren un alto peso molecular. Fuerza Electromotriz.- Es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Sistema Trifásico.- Es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud. Variador de Velocidad.- Dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la volicidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores Celdas de Carga.- Transductor que es utilizado para convertir una fuerza en una señal eléctrica.
10
Sangolquí, (2012/04/10)
Señor Ing. Francisco Terneus. DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
Presente.
Nosotros, Mauricio Fernando Iza Castro con cédula de ciudadanía 171765729-8 e ID L00281939 y Álex Francisco Medina Carrillo, nos dirijimos a usted señor Director para presentar el perfil del proyecto de grado titulado “DISEÑO Y ELABORACIÓN DE UNA ENVASADORA AUTOMATIZADA PARA LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN DE SNACKS DE LA EMPRESA ECUAMEX S.A” a fin de que por su digno intermedio se ponga en consideración del Consejo Directivo de Carrera, para su respectivo análisis y resolución. Proyecto que presento como requisito previo a la obtención del título de Ingeniera Mecatrónica.
Atentamente,
________________________
________________________
Mauricio Fernando Iza Castro
Álex Francisco Medina Carrillo
11
