IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD CULHUACAN

TESINA

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO NOMBRE DEL SEMINARIO: AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Y SUS TECNOLOGIAS DEBERA DESARROLLAR: TORRES HERNNDEZ OSCAR IVN

LUIS TORRES FERMIN DEL VALLE GONZALEZ ALBERTO CRUZ MEJIA OSCAR SANCHEZ GONZALEZ GENARO

NOMBRE DEL TEMA:

AUTOMATIZACIN DE UNA ENVASADORA DE GARRAFONES DE 20L DE AGUA

PURIFICADA

INTRODUCCION Debido al problema actual que se vive en nuestra gran ciudad por la escasez del agua y quiz, en un futuro no muy lejano se convierta en el oro blanco. Con esto lo que tratamos de proyectar y comprobar en esta tesis es que con el equipamiento adecuado de plantas de purificacin de agua en las lneas de lavado, enjuague y llenado con tecnologa de reciente creacin, garantiza un mejor desempeo de la plata misma, menor contacto con la mano del hombre, ms control de los lquidos detergentes, mayor produccin, menor costo tiempo-hombre, mayores ganancias, menor costo por mantenimientos y como se dijo en un principio el manejo adecuado del agua, no nos podemos dar el lujo de desperdiciarla. INDICE Capitulo I Marco Terico Capitulo II Propuesta del Proyecto Capitulo III Desarrollo del Proyecto Capitulo IV Estudio Econmico Conclusiones Bibliografa

Mxico D.F. a 25 de Agosto de 2009

Ing. Ezequiel A. Santillan Lechuga Ing. Fernando Morales Garca Coordinador Asesor

Ing. Magdalena Vasquez Rodrguez Jefe de Carrera

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Agradecimientos:

Oscar Cruz Meja Sin duda mis mayores agradecimientos sern siempre para mis Padres, (Roberto Meja Bravo+ Mara Alanis lvarez y Mara Guadalupe Meja Alanis), a ellos les debo todo lo que soy; Gracias a su esfuerzo y contencin he finalizado este proceso superando todas las adversidades. A mi esposa Vernica que siempre confo en mi, y me ofreci su apoyo incondicionalmente, y a nuestra hija Julieta motor de mi vida a quien amo y protejer siempre. A mis Hermanos, Amigos, Todos mis agradecimientos infinitos por su cario, compaa y tolerancia en todo este proceso de este ao que al fin termina" Un abrazo con profundo Cario.

Genaro Snchez Gonzlez. Doy gracias a DIOS por ayudarme y guiarme en lo espiritual. A mi madre Margarita. A mi Hermano Luis. A todos mis tos, en especial a Celia Leticia, Alfredo y David. A mis abuelos Eva y Enrique+, por que siempre tuve su apoyo incondicional y lo mas importante que me dieron fue mi formacin moral y tica. A mi esposa Paty e hija Alexa Itzamn por alentarme en seguir adelante y por su apoyo incondicional. A mis profesores que se esforzaron en darme los conocimientos acadmicos que hoy en da pongo en practica. Simplemente Gracias.

Fermn Luis Torres.

A mis Padres, que buscaron darme la mejor de la herencia: una carrera profesional. A mi Esposa, por su apoyo y paciencia.

Alberto Del Valle Gonzlez. A mis Padres, Hermanos, Amigos y Familiares que obtuve el apoyo incondicional y sobre todo su confianza, por lo que es y ser Gracias.

Oscar Ivn Torres Hernndez. Gracias a mis Padres por su apoyo qu siempre fue incondicinal a mis Hermanos, Profespres y todos aquellos que hicieron de mi un profesionista.

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INDICE Capitulo I Marco Terico 6

1. Automatizacin Industrial 6 a. Definicin 6 b. Historia de la automatizacin. 6

2. Tecnologas a aplicar. 8

2.1 Neumtica 8

a. Historia de la neumtica 8 b. Campos de aplicacin 8 c. Ventajas y desventajas de la neumtica 9 d. Conceptos bsicos de neumtica 10 e. Actuadores neumaticos 11 f. Vlvulas neumaticas 13

2.2 Electricidad 17

a. Conceptos bsicos de electricidad 17 b. Elementos de control y mando 19 c. Elementos de proteccin 21 d. Motores 24

2.3 Mecnica 26

a. Transmision mecnica 26 b. Tipos de transmisiones 27 c. Engranes 28 d. Tipos de engranes 28

Capitulo II Propuesta del Proyecto 30

1. Situacin actual 30

a. Descripcin del proceso 30 b. Costo actual del proceso (Operacin y mantenimiento) 31 c. Planteamiento del problema 31

2. Solucin propuesta 32

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Capitulo III Desarrollo del Proyecto 33

1. Diagrama del proceso 34 2. Croquis de elementos de trabajo 35 3. Secuencia de operaciones de elementos de trabajo 37 4. Diagrama de movimientos (espacio-fase) y finales de carrera 39 5. Diagrama neumtico 40 6. Diagrama elctrico 41 7. Seleccin de equipo 42

Capitulo IV Estudio Econmico 45

1. Cotizacin de equipos y materiales 45 2. Montaje, instalacin, arranque y puesta en marcha 46 3. Costos de operacin y mantenimiento 46 4. Presupuesto del proyecto 47 5. Anlisis costo-beneficio 48

Conclusiones 49 Bibliografa 50

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JUSTIFICACION:

Hoy en da es necesario emplear nuevas tecnologas para el mejoramiento de los sistemas de produccin y como resultado del aprendizaje adquirido durante el Seminario de Titulacin nos hemos dado a la tarea de desarrollar el presente proyecto. Elegimos abordar el proceso de envasado, clave en la produccin de agua purificada, debido al incremento en su demanda y al gran nmero de empresas dedicadas a ello. Lo anterior hace necesario optimizar dicho proceso, buscando ser ms eficiente para competir y permanecer en el mercado de agua embotellada.

Para el desarrollo de nuestro proyecto: AUTOMATIZACIN DE UNA

ENVASADORA DE GARRAFONES DE 20 LITROS DE AGUA PURIFICADA, tambin se considero el impacto que est mejora puede tener en el precio, que actualmente oscila entre 10 y 30 pesos, dependiendo de la zona y la calidad de dicha agua.

Dado que el presente, se enfoca en el proceso de envasado, supondremos

que previamente el proceso de purificacin del agua ha sido optimizado y cumple con la normatividad correspondiente; por lo tanto, solo nos enfocaremos en los subprocesos de lavado, esterilizado y llenado. Objetivos:

General: Optimizar el proceso de envasado del expendio XXX de agua purificada en garrafones de 20 litros. Especficos:

Aumentar la produccin de garrafones de agua. Garantizar la calidad del producto, mediante la automatizacin del proceso. Incrementar la rentabilidad del negocio, a travs de la reduccin de costos

de operacin.

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CAPITULO I

Marco Terico 1. Automatizacin Industrial

a) Definicin

La automatizacin industrial (automatizacin por definicin proviene del

griego antiguo que significa guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales substituyendo a operadores humanos.

El alcance va ms all que la simple mecanizacin de los procesos ya que

sta provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos fsicos del trabajo, la automatizacin reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano. La automatizacin como una disciplina de la ingeniera es ms amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentacin industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisin, los sistema de transmisin y recoleccin de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

b) Historia de la Automatizacin Por siglos el ser humano ha construido mquinas que imiten las partes del

cuerpo humano. Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidrulicos, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.

Las primeras mquinas simples sustituan una forma de esfuerzo en otra

forma que pudiera ser manejada por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las mquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energa renovable (viento, mareas, o un flujo de agua) por energa humana.

Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todava despus,

algunas formas de automatizacin utilizaron fuentes de poder artificiales, algn resorte, un flujo canalizado de agua o vapor; para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creacin de msica, o juegos. Dichos dispositivos que caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autmatas y datan posiblemente desde 300 AC.

En 1801, la patente de un telar automtico utilizando tarjetas perforadas fue

dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucion la industria del textil.

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En 1805, Henri Maillardert construy una mueca mecnica que era capaz de hacer dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ` el programa ' para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar.

La parte ms visible de la automatizacin actual puede ser la robtica

industrial. Algunas ventajas son: la repetitividad, el control de calidad ms estrecho, mayor eficiencia, la integracin con sistemas empresariales, el incremento de productividad y la reduccin de trabajo. Algunas desventajas son: los requerimientos de un gran capital, el decremento severo en la flexibilidad y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparacin.

Para mediados del siglo 20, la automatizacin haba existido por muchos

aos en una escala pequea, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura; sin embargo, el concepto solamente llego a ser realmente prctico con la adicin (y evolucin) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permiti manejar cualquier clase de tarea.

Las computadoras digitales con la combinacin requerida de velocidad,

poder de cmputo, precio y tamao empezaron a aparecer en la dcada de los 60s. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayora de las tareas simples, repetitivas, tareas semi-especializadas y especializadas, con algunas excepciones notables en la produccin e inspeccin de alimentos.

Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la

automatizacin, por ejemplo: ningn dispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la precisin y certeza en muchas tareas; tampoco el odo humano. Las habilidades para el patrn de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y produccin de lenguaje se encuentran ms all de cualquier expectativa de los ingenieros de automatizacin.

Las computadoras especializadas, referidas como controlador lgico

programable (PLC), son utilizadas frecuentemente para sincronizar el flujo de entradas de sensores y eventos con el flujo de salidas a los actuadores y eventos. Esto permite ejecutar acciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial.

Las interfaces hombre-mquina (HMI) o interfaces hombre-computadora

(CHI), formalmente conocidas como interfaces Hombre-Mquina, son comnmente empleadas para comunicarse con los PLC's y otras computadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles automticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas interfaces es conocido como ingenieros de estacin.

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2. Tecnologas a aplicar 2.1. Neumtica a) Historia de la Neumtica

El trmino neumtica procede del griego pneuma que significa soplo o aliento.

Las primeras aplicaciones de neumtica se remontan al ao 2.500 a.C.

mediante la utilizacin de muelles de soplado. Posteriormente fue utilizada en la construccin de rganos musicales, en la minera y en siderurgia. Hace ms de 20 siglos, un griego, Tesillos, construy un can neumtico que, accionado manualmente comprima aire en los cilindros. Al efectuar el disparo, la expansin restitua la energa almacenada, aumentando de esta forma el alcance del mismo.

En el siglo XIX se comenz a utilizar el aire comprimido en la industria de

forma sistemtica. Herramientas neumticas, martillos neumticos, tubos de correo neumticos, son un ejemplo de estas aplicaciones. Durante la construccin del tnel de Mont-Cenis, en 1857, se utiliz una perforadora de aire comprimido que permita alcanzar una velocidad de avance de dos metros diarios frente a los sesenta centmetros que se obtenan con los medios tradicionales. En 1880 se invent el primer martillo neumtico. La incorporacin de la neumtica en mecanismos y la automatizacin comienza a mediados del siglo XX.

b) Campos de aplicacin Presentar una lista de aplicaciones actuales de la neumtica es un esfuerzo vano por lo interminable que sta podra resultar, en una apurada sntesis podra decirse que la neumtica puede estar presente en cualquier proceso industrial manual o semiautomtico que requiera incrementar su produccin, aumentando la calidad del producto y mejorar su calidad.

La automatizacin de los diferentes procesos industriales, ha relevado al

hombre de ciertas actividades, teniendo como consecuencia posibles prdidas de puestos de trabajo en las empresas. La progresiva sustitucin de la energa humana por las energas neumtica, hidrulica o elctrica responde sobre todo a un intento de minimizar los costes de produccin y conseguir la automatizacin de los diferentes procesos industriales.

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De este modo, la neumtica se ha convertido en un elemento imprescindible en la automatizacin de la produccin de todos los sectores industriales:

- Industria del automvil - Produccin de energa - Industria textil - Refineras e industrias petrolferas - Imprentas y artes grficas - Mquinas de embalaje - Industria del calzado - Construccin y obras pblicas - Industrias agroalimentarias y crnicas - Siderurgia y minera - Industria qumica - Maquinaria para la industria maderera - Robtica, alimentacin, etc.

Mediante los circuitos neumticos se pueden generar movimientos rectos

como:

- Sujecin de herramientas - Levantar y bajar objetos - Abrir y cerrar puertas - Arrastrar objetos - Frenar objetos

c) Ventajas y desventajas de la neumtica Dentro de las principales ventajas del uso de la neumtica se encuentran las siguientes:

- El aire es de fcil captacin y abunda en la tierra - El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen

riesgos de chispas. - Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas

y fcilmente regulables - El trabajo con aire no daa los componentes de un circuito por efecto

de golpes de ariete. - Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que daen

los equipos en forma permanente. - Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa. - Energa limpia - Cambios instantneos de sentido

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Es importante tener en cuenta las siguientes desventajas:

- En circuitos muy extensos se producen prdidas de cargas considerables

- Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado

- Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas

- Altos niveles de ruidos generados por la descarga del aire hacia la atmsfera

- El aire en la atmsfera contiene cierta cantidad de humedad, que al condesarse puede ser perjudicial para los componentes del circuito neumtico.

d) Conceptos bsicos de neumtica Presin

La presin, tambin llamada presin absoluta, se define como la fuerza por unidad de superficie. Presin atmosfrica.- Se define como el peso por unidad de superficie de la columna de aire entre dicha superficie y el final de la atmsfera Presin relativa.- El la diferencia de la presin absoluta menos la presin atmosfrica. Los manmetros miden la presin relativa, por eso la presin relativa tambin se llama manomtrica. La presin absoluta no puede ser negativa, ya que el valor 0 corresponde al vaco absoluto. La presin relativa pasa a ser negativa cuando la absoluta es menor que la atmosfrica, generndose un ligero vaco. El vaco nunca podr ser menor a 1 atm (aproximadamente). La unidad es el Pascal (Pa = N/m2), pero es una unidad muy pequea (1 atm = 105 Pa), otras unidades son:

- Bar (1 atm = 1.033 Bar) - Kgf/cm2 (1 atm = 1.033 Kgf/cm2) - mmHg (1 atm = 760 mmHg) - mca (1 atm = 10 mca)

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Caudal El caudal o caudal volumtrico se define como el volumen de fluido que circula por una seccin en la unidad de tiempo. Caudal msico o gasto msico.- Es la masa de fluido que circula por una seccin en la unidad de tiempo. Caudal (Qv) y caudal msico (Qm) estn relacionados por la densidad de fluido (): Qm = Qv Es importante tener en cuenta que la densidad vara con los cambios de temperatura y de presin. Potencia La potencia se define como el trabajo desarrollado por unidad de tiempo (Pot = F d / t) Para el anlisis de neumtica, la potencia est dada en trminos de presin y caudal, Pot = P Q. e) Actuadores neumticos

La energa del aire comprimido se transforma por medio de cilindros en un movimiento lineal de vaivn, y mediante motores neumticos, en movimiento de giro. Elementos neumticos de movimiento rectilneo (cilindros neumticos)

A menudo, la generacin de un movimiento rectilneo con elementos mecnicos combinados con accionamientos elctricos supone un gasto considerable

Cilindros de simple efecto

Estos cilindros tienen una sola conexin de aire comprimido. No pueden

realizar trabajos ms que en un sentido. Se necesita aire slo para un movimiento de traslacin. El vstago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.

El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el mbolo a

su posicin inicial a una velocidad suficientemente grande. En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de ste

limita la carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm.

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Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar, etc.

Fig. 1 Cilindros de doble efecto

La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al mbolo, en cilindros de

doble efecto, a realizar un movimiento de traslacin en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza til tanto en la ida como en el retorno

Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el mbolo tiene que realizar una misin tambin al retornar a su posicin inicial. En principio, la carrera de los cilindros no est limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vstago salido. Tambin en este caso, sirven de empaquetadura los labios y mbolos de las membranas.

Cilindro de doble efecto.

Fig. 2 Cilindros con amortiguacin Interna

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Cuando las masas que traslada un cilindro son grandes, al objeto de evitar un choque brusco y daos es utiliza un sistema de amortiguacin que entra en accin momentos antes de alcanzar el final de la carrera. Antes de alcanzar la posicin final, un mbolo amortiguador corta la salida directa del aire al exterior .En cambio, es dispone de una seccin de escape muy pequea, a menudo ajustable.

El aire comprimido se comprime ms en la ltima parte de la cmara del cilindro. La sobrepresin producida disminuye con el escape de aire a travs de las vlvulas antirretorno de estrangulacin montada (seccin de escapo pequea). El mbolo se desliza lentamente hasta su posicin final. En el cambio de direccin del mbolo, el aire entra sin obstculos en la cmara del cilindro por la vlvula antirretorno.

Cilindro con amortiguacin interna.

Fig. 3 f) Vlvulas neumticas

Los mandos neumticos estn constituidos por elementos de sealizacin, elementos de mando y una parte de trabajo, Los elementos de sealizacin y

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mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan vlvulas.

Las vlvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el

paro y la direccin, as como la presin o el caudal del fluido enviado por una bomba hidrulica o almacenada en un depsito. En lenguaje internacional, el trmino "vlvula" o "distribuidor" es el trmino general de todos los tipos tales como vlvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.

Esta es la definicin de la norma DIN / ISO 1219 conforme a una

recomendacin del CETOP (Comit Europen des Transmissions Oiohydrauliques et Pneumatiques).

Segn su funcin las vlvulas se subdividen en 5 grupos: 1. Vlvulas de vas o distribuidoras 2. Vlvulas de bloqueo 3. Vlvulas de presin 4. Vlvulas de caudal 5. Vlvulas de cierre Vlvulas distribuidoras

Estas vlvulas son los componentes que determinan el camino que ha de tomar la corriente de aire, a saber, principalmente puesta en marcha y paro (Start-Stop). Representacin esquemtica de las vlvulas

Para representar las vlvulas distribuidoras en los esquemas de circuito se utilizan smbolos; stos no dan ninguna orientacin sobre el mtodo constructivo de la vlvula; solamente indican su funcin.

Las posiciones de las vlvulas distribuidoras se representan por medio de

cuadrados.

-La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de la vlvula distribuidora.

Fig. 4 -El funcionamiento se representa esquemticamente en el interior de las casillas (cuadros).

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Fig. 5

-Las lneas representan tuberas o conductos. Las flechas, el sentido de circulacin del fluido.

Fig. 6

-Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante lneas transversales.

Fig. 8

-La unin de conductos o tuberas se representa mediante un punto. -Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posicin de reposo o inicial.

Fig. 10

-La otra posicin se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.

Fig. 11

-Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minsculas a, b, c ... y 0.

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Fig. 12 -Vlvula de 3 posiciones. Posicin intermedia = Posicin de reposo.

Fig. 13

Por posicin de reposo se entiende, en el caso de vlvulas con dispositivo

de reposicin, p. e., un muelle, aquella posicin que las piezas mviles ocupan cuando la vlvula no est conectada.

La posicin inicial es la que tienen las piezas mviles de la vlvula despus

del montaje de sta, establecimiento de la presin y, en caso dado conexin de la tensin elctrica. Es la posicin por medio de la cual comienza el programa preestablecido.

-Conductos de escape sin empalme de tubo (aire evacuado a la atmsfera). Tringulo directamente junto al smbolo.

Fig. 14

-Conductos de escape con empalme de tubo (aire evacuado a un punto de reunin). Tringulo ligeramente separado del smbolo.

Fig. 15

Para evitar errores durante el montaje, los empalmes se identifican por medio de letras maysculas: Rige lo siguiente:

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Tuberas o conductos de trabajo A, B, C Empalme de energa P Salida de escape R, S, T Tuberas o conductos de pilotaje Z, Y, X 2.2 Electricidad

a) Conceptos bsicos

La electricidad es un fenmeno fsico originado por cargas elctricas, estticas o en movimiento, y por su interaccin. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce tambin fuerzas magnticas. Hay dos tipos de carga elctrica, llamadas positiva y negativa.

La electricidad est presente en algunas partculas subatmicas. La partcula fundamental ms ligera que lleva carga elctrica es el electrn, que transporta una unidad de carga. Los tomos, en circunstancias normales, contienen electrones, y a menudo los que estn ms alejados del ncleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De esta manera, un cuerpo queda cargado elctricamente gracias a la reordenacin de los electrones.

Un tomo normal tiene cantidades iguales de carga elctrica positiva y negativa; por lo tanto, es elctricamente neutro. La cantidad de carga elctrica transportada por todos los electrones del tomo, que por convencin es negativa, est equilibrada por la carga positiva, localizada en el ncleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedar cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones, un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay ms cargas elctricas positivas en el ncleo

La energa elctrica es la forma de energa ms utilizada. Gracias a la flexibilidad en la generacin y transporte, se ha convertido para la industria en la forma ms extendida de consumo de energa. El transporte por lneas de alta tensin es muy ventajoso y el motor elctrico tiene un rendimiento superior a las mquinas trmicas. Los inconvenientes de esta forma de energa son la imposibilidad de almacenamiento en grandes cantidades y que las lneas de transmisin son muy costosas.

Las instalaciones para generacin y el transporte de la energa elctrica utilizan generalmente corriente alterna, debido a que es ms fcil reducir o elevar el voltaje por medio de transformadores. Para el transporte de una cantidad de energa dada, si se eleva la tensin disminuye la intensidad de corriente

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necesaria; esto disminuye las prdidas, que son proporcionales al cuadrado de la intensidad.

Posteriormente, para la distribucin se reduce el voltaje en las subestaciones, que gradan la tensin segn se utilice en la industria (entre 33 KV y 380 Voltios) o en instalaciones domiciliarias (entre 220 y 110 V).

Una central elctrica utiliza una fuerza motora para hacer girar un

generador elctrico con diversas fuentes de energa. Se pueden clasificar las centrales elctricas segn la energa aprovechada:

Central hidroelctrica: utiliza la energa obtenida en los saltos de agua (energa hidrulica).

Central termoelctrica: utiliza la energa obtenida de los combustibles fsiles (carbn, fueloil, etc.).

Central nuclear: utiliza la energa obtenida mediante reactores nucleares. Centrales de recursos renovables: utiliza energa de recursos renovables:

energa solar, elica, mareomotriz y geotrmica. La produccin mundial en los ltimos 40 aos aument ms del 1.300%: de 1

billn de KWh a 13 billones. El ndice de produccin refleja principalmente la importancia de las necesidades de las grandes potencias industriales. Estados Unidos ocupa el primer puesto, con ms del 26%; le siguen China, con 8,5%; Japn, con 7,40% y Rusia con 5,80%. La electricidad de estos grandes productores es esencialmente de origen trmico: Estados Unidos, con 70%; China, con el 80%; Japn, con el 59% y Rusia, con el 66%. La electricidad de origen trmico representa un 63% de la produccin mundial; le sigue la hidrulica, con el 19%; la nuclear, con el 17%; y se produce solamente un 1% con fuentes de energa elica, solar y geotrmica.

Corriente elctrica

El flujo de cargas elctricas puede generarse en un conductor pero no existe en los aislantes. Algunos dispositivos elctricos que usan estas caractersticas elctricas en los materiales se denominan dispositivos electrnicos.

La ley de Ohm describe la relacin entre la intensidad y la tensin en una corriente elctrica: la diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) y a la resistencia (R). Se describe mediante la frmula:

La intensidad de corriente (I) en una seccin dada de un conductor se define como la carga elctrica (Q) que la atraviesa en una unidad de tiempo.

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b) Elementos de control y mando Controlador Lgico Programable (PLC)

Los CLP o PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en ingls) son dispositivos electrnicos muy usados en Automatizacin Industrial.

Su historia se remonta a finales de la dcada de 1960 cuando la industria busc en las nuevas tecnologas electrnicas una solucin ms eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos elctricos con rels, interruptores y otros componentes comnmente utilizados para el control de los sistemas de lgica combinacional. Hoy en da, los PLC no slo controlan la lgica de funcionamiento de mquinas, plantas y procesos industriales, sino que tambin pueden realizar operaciones aritmticas, manejar seales analgicas para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de rea local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

Existen varios lenguajes de programacin, tradicionalmente los ms utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programacin por estados, aunque se han incorporado lenguajes ms intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo ms fciles de interpretar y mantener. Un lenguaje ms reciente, preferido por los informticos y electrnicos, es el FBD (en ingls Function Block Diagram) que emplea compuertas lgicas y bloques con distintas funciones conectados entre si.

En la programacin se pueden incluir diferentes tipos de operadores, desde los ms simples como lgica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemticos, hasta operaciones ms complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicacin multi-protocolos que le permitiran interconectarse con otros dispositivos Los PLC estn adaptados para un amplio rango de tareas de automatizacin. Estos son tpicos en procesos industriales en la manufactura donde el coste de desarrollo y mantenimiento de un sistema de automatizacin es relativamente alto contra el coste de la automatizacin, y donde van a existir cambios en el sistema durante toda su vida operacional. Los PLC contienen todo lo necesario para manejar altas cargas de potencia; se requiere poco diseo elctrico y el problema

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de diseo se centra en expresar las operaciones y secuencias en la lgica de escalera (o diagramas de funciones). Las aplicaciones de PLC son normalmente hechos a la medida del sistema, por lo que el costo del PLC es bajo comparado con el costo de la contratacin del diseador para un diseo especfico que solo se va a usar una sola vez. Por otro lado, en caso de productos de alta produccin, los sistemas de control a medida se amortizan por si solos rpidamente debido al ahorro en los componentes, lo que provoca que pueda ser una buena eleccin en vez de una solucin "genrica".

Sin embargo, debe ser notado que algunos PLC ya no tienen un precio alto. Los PLC actuales tienen todas las capacidades por algunos cientos de dlares.

Diferentes tcnicas son utilizadas para un alto volumen o una simple tarea de automatizacin, Por ejemplo, una lavadora de uso domstico puede ser controlada por un temporizador CAM electromecnico costando algunos cuantos dlares en cantidades de produccin.

Un diseo basado en un microcontrolador puede ser apropiado donde

cientos o miles de unidades deben ser producidas y entonces el coste de desarrollo (diseo de fuentes de alimentacin y equipo de entradas y salidas) puede ser dividido en muchas ventas, donde el usuario final no tiene necesidad de alterar el control. Aplicaciones automotrices son un ejemplo, millones de unidades son vendidas cada ao, y pocos usuarios finales alteran la programacin de estos controladores. (Sin embargo, algunos vehculos especiales como son camiones de pasajeros para trnsito urbano utilizan PLC en vez de controladores de diseo propio, debido a que los volmenes son pequeos y el desarrollo no sera econmico.)

Algunos procesos de control complejos, como los que son utilizados en la

industria qumica, pueden requerir algoritmos y caractersticas ms all de la capacidad de PLC de alto nivel. Controladores de alta velocidad tambin requieren de soluciones a medida; por ejemplo, controles para aviones.

Los PLC pueden incluir lgica para implementar bucles analgicos,

proporcional, integral y derivadas o un controlador PID. Un bucle PID podra ser usado para controlar la temperatura de procesos de fabricacin, por ejemplo. Histricamente, los PLCs fueron configurados generalmente con solo unos pocos bucles de control analgico y en donde los procesos requieren cientos o miles de bucles, un Sistema de Control Distribuido (DCS) se encarga. Sin embargo, los PLC se han vuelto ms poderosos, y las diferencias entre las aplicaciones entre DCS y PLC han quedado menos claras.

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c) Elementos de proteccin

Toda instalacin elctrica tiene que estar dotada de una serie de protecciones que la hagan segura, tanto desde el punto de vista de los conductores y los aparatos a ellos conectados, como de las personas que han de trabajar con ella.

Existen muchos tipos de protecciones, que pueden hacer a una instalacin elctrica completamente segura ante cualquier contingencia, pero hay tres que deben usarse en todo tipo de instalacin: de alumbrado, domesticas, de fuerza, redes de distribucin, circuitos auxiliares, etc., ya sea de baja o alta tensin. Estas tres protecciones elctricas, que describiremos con detalle a continuacin son:

i) Proteccin contra cortocircuitos.

ii) Proteccin contra sobrecargas.

iii) Proteccin contra electrocucin.

i) Proteccin contra cortocircuitos.

Se denomina cortocircuito a la unin de dos conductores o partes de un circuito elctrico, con una diferencia de potencial o tensin entre si, sin ninguna impedancia elctrica entre ellos.

Este efecto, segn la Ley de Ohm, al ser la impedancia cero, hace que la intensidad tienda a infinito, con lo cual peligra la integridad de conductores y mquinas debido al calor generado por dicha intensidad, debido al efecto Joule. En la prctica, la intensidad producida por un cortocircuito, siempre queda amortiguada por la resistencia de los propios conductores que, aunque muy pequea, nunca es cero.

I = V / Z (si Z es cero, I = infinito)

Segn los reglamentos electrotcnicos, "en el origen de todo circuito deber colocarse un dispositivo de proteccin, de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en la instalacin". No obstante se admite una proteccin general contra cortocircuitos para varios circuitos derivados.

Los dispositivos mas empleados para la proteccin contra cortocircuitos son:

Fusibles calibrados (tambin llamados cortacircuitos), o

Interruptores automticos magneto-trmicos

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Fusibles o cortacircuitos

Los fusibles o cortacircuitos, segn se ve en la figura 16.1, no son ms que una seccin de hilo ms fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre dao alguno.

Interruptores automticos, magneto-trmicos

Estos dispositivos, conocidos abreviadamente por PIA (Pequeo Interruptor Automtico), se emplean para la proteccin de los circuitos elctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustitucin de los fusibles, ya que tienen la ventaja de que no hay que reponerlos; cuando desconectan debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando.

Segn el nmero de polos, se clasifican stos en: unipolares, bipolares, tri-polares y tetra-polares. Estos ltimos se utilizan para redes trifsicas con neutro.

ii) Proteccin contra sobrecargas

Entendemos por sobrecarga al exceso de intensidad en un circuito, debido a un defecto de aislamiento o bien, a una avera o demanda excesiva de carga de la mquina conectada a un motor elctrico.

Las sobrecargas deben de protegerse, ya que pueden dar lugar a la destruccin total de los aislamientos, de una red o de un motor conectado a ella. Una sobrecarga no protegida degenera siempre en un cortocircuito.

Segn los reglamentos electrotcnicos "Si el conductor neutro tiene la misma seccin que las fases, la proteccin contra sobrecargas se har con un dispositivo que proteja solamente las fases, por el contrario si la seccin del conductor neutro es inferior a la de las fases, el dispositivo de proteccin habr de controlar tambin la corriente del neutro". Adems debe de colocarse una proteccin para cada circuito derivado de otro principal.

Los dispositivos mas empleados para la proteccin contra sobrecargas son:

Fusibles calibrados, tipo GT o GF (nunca AM) Interruptores automticos magneto-trmicos (PIA) Rels trmicos

Para los circuitos domsticos, de alumbrado y para pequeos motores, se suelen emplear los dos primeros, al igual que para los cortocircuitos, siempre y

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cuando se utilice el tipo y la calibracin apropiada al circuito a proteger. Por el contrario para los motores trifsicos se suelen emplear los llamados rels trmicos, cuya construccin, funcionamiento y utilizacin se vern en el capitulo siguiente.

iii) Proteccin contra electrocucin

Peligros de la corriente elctrica

Bajo los efectos de una corriente elctrica, puede sobrevenir la muerte de una persona, por las causas siguientes:

Paralizacin del corazn Atrofia de los msculos del trax (asfixia) Carbonizacin de los tejidos Electrlisis de la sangre (solamente en c.c.), etc

Aunque los cuerpos humanos reaccionan de diferente manera unos de otros y dependiendo de las condiciones del momento, podemos decir que la corriente elctrica empieza a ser peligrosa, cuando atraviesan el cuerpo humano ms de 25 mA, durante ms de 0,2 segundos.

Se ha comprobado que la resistencia del cuerpo humano, con piel sana y seca, depende de la tensin que se le aplique, pudiendo variar entre 2.500 y 100.000 ohmios. Esta resistencia tambin disminuye debido a la humedad, la transpiracin, las heridas superficiales, al aumentar la masa muscular de las personas, si el contacto es inesperado, etc. Tambin y por causas aun desconocidas se sabe que en las altas frecuencias la corriente elctrica deja de ser peligrosa para el cuerpo humano (a partir de unos 7.000 Hz aproximadamente), y por tal motivo se emplea mucho en electromedicina.

Debido a todo lo anteriormente expuesto, cuando se hacen clculos sobre la seguridad contra electrocucin, y con el fin de trabajar con un buen margen de seguridad, se considera que la resistencia del cuerpo humano es de 1.000 ohmios.

Por eso los reglamentos electrotcnicos fijan como tensiones peligrosas, exigiendo la instalacin de protecciones contra electrocucin, las siguientes:

50 V, con relacin a tierra, en locales secos y no conductores. 24 V, con relacin a tierra, en locales hmedos o mojados. 15 V, en instalaciones para piscinas

Sistemas de proteccin contra electrocucin

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Frente a los peligros de la corriente elctrica, la seguridad de las personas, ha de estar fundamentada en que nunca puedan estar sometidas involuntariamente a una tensin peligrosa. Por tal motivo, para la proteccin contra electrocucin deben de ponerse los medios necesarios para que esto nunca ocurra.

La reglamentacin actual clasifica las protecciones contra contactos indirectos, que pueden dar lugar a electrocucin en dos clases:

Clase A: Esta clase consiste en tomar medidas que eviten el riesgo en todo momento, de tocar partes en tensin, o susceptibles de estarlo, y las medidas a tomar son:

Separacin de circuitos Empleo de pequeas tensiones de seguridad (50, 24 o 15 V) Separacin entre partes con tensin y masas metlicas, por medio de

aislamientos Inaccesibilidad simultanea entre conductores y masas Recubrimiento de las masas con elementos aislantes Conexiones equipotenciales

Clase B: Este sistema que es el ms empleado, tanto en instalaciones domsticas como industriales, consiste en la puesta a tierra de las masas, asociada a un dispositivo de corte automtico (rel o controlador de aislamiento), que desconecte la instalacin defectuosa.

Por ello se emplean principalmente dos tipos de protecciones diferentes, a saber:

Puesta a tierra de las masas

Rels de control de aislamiento, que a su vez pueden ser:

Interruptores diferenciales, para redes con neutro a tierra. Rels de aislamiento, para redes con neutro aislado.

d) Motores Un motor elctrico es un dispositivo rotativo que transforma energa

elctrica en energa mecnica, y viceversa, convierte la energa mecnica en energa elctrica funcionando como generador o dinamo. Los motores elctricos de traccin usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos de dinamo.

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Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y dems aplicaciones que no requieran autonoma respecto de la fuente de energa, dado que la energa elctrica es difcil de almacenar. La energa de una batera de varios kg equivale a la que contienen 80 g de gasolina. As, en automviles se estn empezando a utilizar en vehculos hbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Funcionamiento de un motor

Tanto motores de corriente alterna como motores de corriente directa se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cul establece que si un conductor por el cual circula una corriente elctrica se encuentra dentro de la accin de un campo magntico, ste tiende a desplazarse perpendicularmente a las lneas de accin del campo magntico.

El conductor tiende a ser un electroimn utilizado como un material al que al adicionarse electricidad adquiera propiedades magnticas. Su rotacin es alternada por varios polos fundamentalmente al ganar velocidad.

Partiendo del hecho que cuando pasa corriente elctrica por un conductor se produce un campo magntico, adems si lo ponemos dentro de la accin de un campo magntico potente, el producto de la interaccin de ambos campos magnticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo as la energa mecnica. Dicha energa es comunicada exteriormente con el objeto que fuese a desplazarse.

Motores de Corriente Continua Los motores de corriente continua se clasifican segn la forma como estn

conectados, en:

Motor serie Motor compound Motor shunt Motor elctrico sin escobillas

Adems de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en

electrnica:

Motor paso a paso Servomotor motor sin ncleo

Motores de Corriente Alterna

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Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:

Asncrono (Induccin) Jaula de Ardilla Monofsicos

Motor de arranque a resistencia.

Motor de arranque a condensador. Motor de marcha. Motor de doble capacitor. Motor de polos sombreados.

Trifsicos

Motor de Induccin. A tres fases.

Rotor Devanado Monofsicos

Motor universal Motor de Induccin-Repulsin.

Trifsicos

Motor de rotor devanado. Sncrono

Cambio de giro

2.3 Mecnica a) Transmisin mecnica Se denomina transmisin mecnica a un mecanismo encargado de trasmitir potencia entre dos o ms elementos dentro de una mquina. Son parte fundamental de los elementos u rganos de una mquina, muchas veces clasificado como uno de los dos subgrupos fundamentales de stos elementos de trasmisin y elementos de sujecin). En la gran mayora de los casos, estas trasmisiones se realizan a travs de elementos rotantes, ya que la transmisin de energa por rotacin ocupa mucho menos espacio que aquella por traslacin.

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Una transmisin mecnica es una forma de intercambiar energa mecnica distinta a las transmisiones neumticas o hidrulicas, ya que para ejercer su funcin emplea el movimiento de cuerpos slidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisin. Tpicamente, la transmisin cambia la velocidad de rotacin de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ngulo recto en molinos de viento o agua y mquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevacin (norias). En general, las transmisiones reducen una rotacin inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad ms baja con par de giro ms alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayora de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones ms altas pueden ser sobre-marchas que aumentan la velocidad de salida. Tambin se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrcola, industrial, de construcciones y de minera. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostticas y accionadores elctricos de velocidad ajustable. b) Tipos de Transmisiones Entre las formas ms habituales de transmisin son:

Con correa, como una correa de distribucin. Con cadena. Con balancines. Con cascada de engranajes. Con cardan.

Cadena de transmisin Una cadena de transmisin sirve para transmitir el movimiento a las ruedas o de un mecanismo a otro. Se usan para transmitir el movimiento de los pedales a la rueda en las bicicletas o dentro de un motor para transmitir movimiento de un mecanismo a otro. Por ejemplo del cigeal al rbol de levas.

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Hay algn modelo de bicicleta que usa un cardan para transmitir el movimiento a las ruedas. Sin embargo, el sistema de cadena da una cierta elasticidad que ayuda a iniciar el movimiento, sobre todo en cuestas. Su inconveniente es que se puede enganchar y es ms dbil que un cardan. Tambin hay sistemas hidrulicos o por correa. En los motores se usan cadenas para el rbol de levas porque necesita cierta fuerza. Las correas se usan para otros mecanismos de menos potencia como bomba de agua o el alternador. Cada vez se tiende ms a sustituir la cadena del rbol de levas por una correa ya que hace menos ruidoso el motor. A cambio, hay que sustituir la correa con ms frecuencia que una cadena y consume un poco mas de potencia del motor. c) Engranes Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia mecnica entre las distintas partes de una mquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina corona y la menor pin. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones ms importantes de los engranajes es la transmisin del movimiento desde el eje de una fuente de energa, como puede ser un motor de combustin interna o un motor elctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas est conectada por la fuente de energa y es conocido como engranaje motor y la otra est conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido.1 Si el sistema est compuesto de ms de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes. La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisin por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relacin de transmisin. d) Tipos de engranes La principal clasificacin de los engranajes se efecta segn la disposicin de sus ejes de rotacin y segn los tipos de dentado. Segn estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Fig. 16 Ejemplo de Engrane Pn recto de 18 dientes

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Ejes paralelos:

Cilndricos de dientes rectos Cilndricos de dientes helicoidales Doble helicoidales

Ejes perpendiculares:

Helicoidales cruzados Cnicos de dientes rectos Cnicos de dientes helicoidales Cnicos hipoides De rueda y tornillo sinfn

Por aplicaciones especiales se pueden citar:

Planetarios Interiores De cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar:

Transmisin simple Transmisin con engranaje loco Transmisin compuesta. Tren de engranajes

Transmisin mediante cadena o polea dentada

Mecanismo pin cadena Polea dentada

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CAPITULO II

Propuesta del Proyecto

1. Situacin Actual a) Descripcin del proceso A continuacin se describir el proceso del embotellado de agua purificada en garrafones de 20 litros 1.- Recepcin del garrafn 2.- Pre-lavado de garrafn con detergente biodegradable. 3.- Lavado y enjuague de garrafn 4.- Llenado de garrafn 5.- Secado y sellado de garrafn 6.- Entrega de garrafn al consumidor 1.- Recepcin del garrafn: La recepcin del garrafn se realiza en el momento que se recibe el garrafn por parte del cliente en la ventanilla del local. 2.- Lavado de garrafn con detergente biodegradable: Este subproceso se realiza con ayuda de un taladro y un cepillo de cerdas tipo lavador de bibern. Se vierte una porcin de detergente biodegradable dentro del garrafn y posterior mente se introduce manualmente el cepillo en la boquilla del garrafn, se acciona el taladro haciendo girar el cepillo dentro del garrafn realizando movimientos circulares asegurando llegar a todas las reas internas del garrafn, posteriormente se apaga el taladro retirndolo del garrafn para posteriormente lavar su exterior con una fibra y detergente biodegradable. 3.- Lavado y enjuague. Este subproceso se realiza en 2 etapas, a) con la ayuda de una tobera por la cual sale un chorro de agua con qumicos especiales a presin, que adems de eliminar e inhibir el detergente del paso anterior, desprenden cualquier partcula e higienizan completamente la parte interior del garrafn. Al

RECEPCION DEL GARRAFON

PRELAVADO DEL GARRAFON

LAVADO Y ENJUAGUE DEL

GARRAFON

LLENADO DEL GARRAFON

SECADO Y SELLADO DEL

GARRAFON

ENTRAGA AL CONSUMIDOR

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mismo tiempo se cepilla la parte externa del garrafn. b) Posteriormente, se pasa a otra tobera que expulsa agua purificada a presin para enjuagar el interior del garrafn y en la parte exterior se enjuaga con una manguera conectada a un aspersor. 4.- Llenado de garrafn. Se trasporta el garrafn manualmente al rea de llenado y se coloca debajo de las toberas para posteriormente abrirlas y que el agua que esta circulando en el circuito de llenado con la ayuda de un sistema hidroneumtico y cerrado la vlvula una vez que a llegado a su capacidad de 20 litros se coloca un tapn roscado de plstico protegiendo el agua de las impurezas del medio ambiente. 5.- Secado y sellado de garrafn: Se coloca el garrafn en el rea de secado colocando un sello de plstico celofn el cual se contrae con una secadora de aire caliente, posteriormente se seca con un pao esterilizado el excedente de agua en el exterior del garrafn. 6.- Entrega de garrafn al consumidor: Una vez llenado y sellado esta listo para salir a la venta al consumidor. b) Costo actual del proceso (Operacin y mantenimiento). El proceso actual tiene un costo de operacin aproximado de: Intervienen 2 trabajadores el cual su costo de mano de obra es de $200 por dia de trabajo, y el costo de energa es de $ 50 por da. Costo por materia prima $ 900 por da Lo que nos da un costo total de $1150 Y si tomamos en cuenta que se pueden producir 137 garrafones llenados y lavados por da a un costo de $12 el resultado es de $1644 por lo tanto Venta diaria $ 1644 - costo de produccin $1150 = $ 494 Ganancia Total por da Si tomamos en cuenta que el proceso dura 3.50 segundos y se laboran 8 horas al da nos da como resultado 136 garrafones diarios. c) Planteamiento del problema Las reas de oportunidad identificadas en el proceso actual son:

Baja productividad.- Si se quiere utilizar la mxima capacidad instalada, es necesario contar con 3 operarios; i) el primero seleccionara los garrafones para pre-lavarlos; ii) el segundo ejecutara el lavado y enjuague; y finalmente, iii) el tercero los llenara, taponara y secara, es decir, los dejara listos para almacenarlos o entregarlos al cliente.

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Consideramos que si se automatizan los pasos anteriores, hasta una sola persona puede ejecutar los subprocesos anteriores. Variacin en la calidad del producto.- Debido a que durante el proceso interviene constantemente la mano del hombre, es posible que algunos garrafones no sean higienizados correctamente o llenados al nivel adecuado. Esto, puede derivar en insatisfaccin del cliente si i) encuentra alguna partcula extraa dentro del garrafn o ii) sabor a detergente o iii) garrafones incompletos. Lo anterior, puede asegurarse si se automatiza el proceso, de manera que se estandaricen las actividades; es decir, si para eliminar todas las partculas del interior son necesarios 10 segundos de cepillado y disparar el agua a cierta presin, entonces nos aseguraremos de que dichos parmetros se ejecuten siempre de la misma manera. Incrementar la rentabilidad del negocio.- Como se pudo observar durante el anlisis de costo actual del proceso, un gran porcentaje del costo unitario de venta del garrafn es absorbido por el costo de mano de obra o costo de operarios. Adems del costo de desperdicios y retrabajos, por ejemplo: i) uso indiscriminado de detergente y/o productos qumicos en algunos casos; ii) uso excesivo de agua limpia y purificada para eliminar el exceso de detergente del paso anterior; iii) desperdicio de agua purificada, si se derrama al momento del llenado; y iv) rechazos de clientes insatisfechos, o lo que es peor, prdida de clientes. Con un proceso automatizado, podemos eliminar desperdicios, asegurar la calidad. Obteniendo por consecuencia mayor rentabilidad y competitividad en el mercado de agua purificado, que a pesar de que, como vimos anteriormente es un mercado muy demandado, existe mucha competencia. 2. Solucin propuesta Tal y como se anticipo, la solucin a las reas de oportunidad identificadas, es la automatizacin del proceso, pero, qu actividades deben automatizarse?, cmo asegurarse que la inversin se recuperar en un periodo razonable?, cul es el diseo ptimo?, esta y otras preguntas se resolvern en los siguientes prrafos o en los siguientes captulos. En este captulo solo nos enfocaremos a identificar las actividades que se automatizarn y a presentar un bosquejo como quedara el nuevo proceso. Nuestra solucin consiste en una mquina que ejecuta al mismo tiempo las siguientes actividades:

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Cepillado interior y cepillado exterior con mezcla de agua y detergente (Estado 2),

Lavado a presin con productos qumicos y enjuague exterior con agua potable (Estado 3),

Enjuague interior con agua purificada (Estado 3) y Llenado (Estado 4).

Para tal efecto, mediante un sensor, el sistema detectara cuando los

garrafones estuviesen posicionados en cada estacin, accionando las vlvulas y motores durante un periodo preestablecido.

Previamente, ser necesario lavar la boca del garrafn y colocarlos en la

mquina. Una vez lleno los garrafones, se debern taponar.

CAPITULO III

Desarrollo del Proyecto El proyecto consta de una maquina automatizada para mejorar el proceso del lavado, enjuague y llenado de garrafones de agua purificada de 20 L. Mediante la cual se logra eliminar el contacto de la mano del hombre para evitar as la contaminacin del agua y el garrafn. La maquina consta de tres estaciones para el automatizado de dichos procesos: Lavado ; consta de un actuador de doble efecto el cual al censar la presencia del garrafn le enva una seal al cilindro el cual sube el vstago y abre la vlvula de paso que contienen el liquido detergente para lavar el garrafn internamente, al mismo tiempo el mecanismo de lavado exterior se pone en posicin y empieza a lavar el garrafn, luego de un tiempo de 9 segundos se cierra la vlvula de paso de detergente y el vstago se retrae (baja), y da paso a la siguiente estacin de Enjuague: al llegar el garrafn a esta estacn el censor optoelectronico detecta y enva una seal al motor de paro para que se inicie el ciclo de enjuague. Enjuague: Consta de un actuador de doble efecto el cual al censar la presencia del garrafn inicia su carrera ascendente de modo que se posiciona para que la vlvula de paso de agua abra y salga el agua para enjuagar el garrafn durante un periodo de 9 segundos; Posteriormente se cierra la vlvula de paso de agua para enjuagar y el vstago del cilindro se retrae (abajo), dando paso al siguiente proceso de llenado. Llenado: consta de un sensor optoelectronico que detecta la presencia del garrafn y abre la vlvula de paso de agua purificada para el llenado del garrafn, una vez transcurrido el tiempo de llenado se cierra la vlvula de llenado y el garrafn sale listo para ser tapado y sellado.

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1.- Diagrama del proceso El diagrama del proceso del lavado y llenado de garrafones:

Fig. 17

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3. Croquis de elementos de trabajo

VISTA FRONTAL

Fig. 18

CROQUIS DE ELEMENTOS FASE-LAVADO

Fig. 19

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CROQUIS DE ELEMENTOS ENJUAGADO

Fig. 20

CROQUIS DE ELEMENTOS LLENADO

Fig. 21

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3.- Secuencia de operaciones de elementos de trabajo Estado 1.- Se colocan los garrafones Elementos S1.1 Sensor de garrafn Y1.1 Bobina que arranca y para la banda transportadora M1.1 Motor que mueve cadena y transporta los garrafones. Estado 2.- Lavado de garrafn Elementos F2.1 Final de carrera (Reposo) F2.2 Final de carrera (Accionado) S2.1 Sensor de llegada de garrafn detiene Catarina activa actuador y enciende motor A2.1 Actuador doble efecto giratorio con esprea M2.1 Motor de tren de engranes para lavado exterior de garrafn BT1 Tiempo 4 segundos Y2.1 Bobina de actuador 2.1 Inyector de detergente a presin Estado 3.- Enjuague de garrafn Elementos F3.1 Final de carrera (Reposo) F3.2 Final de carrera (Accionado) S3.1 Sensor de llegada de garrafn a enjuague, activa actuador A3.1 A3.1 Actuador doble efecto giratorio con esprea BT2 Tiempo 4 segundos Y3.1 Bobinas de actuador I3.1 Inyector de agua a presin para enjuague Estado 4.- llenado de garrafn Elementos S4.1 Sensor de llegada de garrafn al llenado A4.1 Actuador doble efecto V4.1 Vlvula de llenado de agua purificada. Y4.1 Bobina que activa actuador A4.1 S5.1 Detecta nivel de boquilla y abre vlvula de llenado S6.1 Detecta nivel de llenado y cierra vlvula de llenado BT3 Sale garrafn y se va a sellado y entrega de producto terminado. Donde: S= Sensor Y= Bobina A= Actuador M= Motor BT= Temporizador I= Inyector F= Finales de carrera de los actuadores V= Vlvula

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SECUENCIA DE OPERACIONES PARA LA LLENADORA DE

GARRAFONES.

D(S1.1),A(M1.1),A(T1.1),DA(M1.1),D(S2.1),A(Y2.1),A(A2.1),A(I2.1),BT2,DA(I2.1),R(A2.1),F2.1 A(M1.1),A(T1.1),DA(M1.1),D(S3.1),A(A3.1),D(F3.2),A(Y3.1),A(I3.1),BT3,DA(I3.1),DA(Y3.1),R(A3.1),A(F3.1),A(M1.1),A(T1.1),DA(M1.1),D(S4.1),A(A4.1),A(BT4),),D(I4.1),A(T1.1),A(M1.1)BT4,D(S1.1).

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4.- Diagrama de movimientos (Espacio-Fase) y finales de carrera. A

CT

UA

DO

RE

S

M1.1

A2.1

M2.1

I 2.1

A3.1

I3.1

A4.1

V4.1

LAVADO ENJUAGADO PUNTO MUERTO PONER TAPON Y

SELLOPUNTO MUERTO 2

F 2 . 2 F 2 . 1 F 3 . 2 F 3 . 1 F 3 . 1

F 3 . 1

S 4 . 1

S 5 . 1

40

6.- Diagrama neumtico.

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7.- Diagrama elctrico.

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8.- Seleccin de equipo

Partida Cantidad Unidad Descripcin

1 6 Pza Cilindro de doble efecto Marca Numatics Modelo DH150012A dimetro exterior del

vstago 0.43", dimetro de paso del fluido0.25", dimetro de conexiones neumticas 0.125"

2 12 Pza Relee de retardo y desaceleracin Marca Tyco Modelo CB-1003B-70, a operar a 127V, tiempo de conexin y desconexin de 0.1 a 10 segundos

3 8 Pza Sensor optoelectrnico Marca Festo Modelo SOEGRSG4PSKLTI, con sensor lser, sensor de reto reflexin para objetos transparentes, dimetro de rodillo de 4mm, salida digital PNP normalmente abierto, conexin elctrica por cableado, indicador con un diodo luminoso y versin estndar

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4 6 Pza Vlvula Marca Festo Modelo MVH-B Tiger 2000, monoestables de 5/2 vas, Construccin Vlvula de asiento, Principio de estanquidad Juntas de material sinttico, Tipo de mando Servopilotaje, Alimentacin del aire de pilotaje Interna o externa, Sentido del flujo Irreversible, Funcin de escape Con estrangulacin, Accionamiento manual auxiliar Reposicin, enclavable, cubierto, Tipo de fijacin Mediante taladros, Posicin de montaje Indistinta

5 5 Pza Motor Marca Festo Modelo MTRDCI, es un servomotor avanzado que incorpora un motor DC, reductor, encoder y electrnica de control (control de posicionamiento y regulador de posicin). El interfase de bus de campo soporta el perfil para el manejo y el posicionamiento (FHPP). Alternativamente, tambin permite la utilizacin del perfil DS 402, definido por CIA

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6 1 Pza Compresora de aire Marca Elmo Reitshle Modelo R-WPB25 con compresor tipo lbulos con capacidad de 50 a 550 mbar, con un caudal de 20 a 25 m3/Hr.

7 2 Pza Valvula reguladora para estrangulacin Marca Festo Modelo VFOC-E-S4-Q4, Ejecucion metalica muy robusta y fiable, Montaje rapido y sencillo de tubos flexibles mediante racores Qs de probada eficiencia, Instalacin sencilla mediante casquillo enchufable, Caudales: QnN: 0 ... 400 l/min, Utilizacion en combinacion con todos los tubos flexibles de calibracin externa, Ajuste sencillo para la dosificacion del caudal, para regular la velocidad de cilindros de simple o doble efecto mediante el ajuste del aire de alimentacion o de escape

8 8 Pza Catarina en acero Marca Martn Modelo 204288 con Dimetro Exterior de 3.010 in y dimetro Interior de 0.625

9 2 Pza Interruptor de corriente on off 10 2 Pza Transformador de corriente de 127V a 24V

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CAPITULO IV

Estudio Econmico

1.- Cotizacin de equipos y materiales

Cotizacin de Materiales

Partida Cantidad Unidad Descripcion P.U. N.M. Total M.N.

1 6 Pza Cilindro de doble efecto Marca Niumatics Modelo DH150012A diametro exterior del vastago 0.43", diametro de paso del fluido0.25", diametro de conexiones neumaticas 0.125"

$890.00 $5,340.00

2 12 Pza Relee de retardo y desaceleraciion Marca Tyco Modelo CB-1003B-70, a operar a 127V, tiempo de conexin y desconexin de 0.1 a 10 segundos

$450.00 $5,400.00

3 8 Pza Sensor optoelectronico Marca Festo Modelo SOEGRSG4PSKLTI, con sensor laser, sensor de reto reflexin para objetos transparentes, diametro de rodillo de 4mm, salida digital PNP normalmente abierto, conexin elctrica por cableado, indicador con un diodo luminoso y versin estandar

$6,754.00 $54,032.00

4 6 Pza Vlvula Marca Festo Modelo MVH-B Tiger 2000, monoestables de 5/2 vas, Construccin Vlvula de asiento, Principio de estanquidad Juntas de material sinttico, Tipo de mando Servopilotaje, Alimentacin del aire de pilotaje Interna o externa, Sentido del flujo Irreversible, Funcin de escape Con estrangulacin, Accionamiento manual auxiliar Reposicin, enclavable, cubierto, Tipo de fijacin Mediante taladros, Posicin de montaje Indistinta

$2,968.00 $17,808.00

5 5 Pza Motor Marca Festo Modelo MTRDCI, es un servomotor avanzado que incorpora un motor DC, reductor, encoder y electrnica de control (control de posicionamiento y regulador de posicin). El interface de bus de campo soporta el perfil para el manejo y el posicionamiento (FHPP). Alternativamente, tambin permite la utilizacin del perfil DS 402, definido por CIA.

$7,398.00 $36,990.00

6 1 Pza Compresora de aire Manrca Elmo Reitshle Modelo R-WPB25 con compresor tipo lobulos con capacidad de 50 a 550 mbar, con un caudal de 20 a 25 m3/Hr.

$45,789.00 $45,789.00

7 2 Pza Va lvula reguladora para estrangulacion Marca Festo Modelo VFOC-E-S4-Q4, Ejecucion meta lica muy robusta y fiable, Montaje ra pido y sencillo de tubos flexibles mediante racores Qs de probada eficiencia, Instalacion sencilla mediante casquillo enchufable, Caudales: QnN: 0 ... 400 l/min, Utilizacion en combinacion con todos los tubos flexibles de calibracion externa, Ajuste sencillo para la dosificacion del caudal, para regular la velocidad de cilindros de simple o doble efecto mediante el ajuste del aire de alimentacion o de escape.

$359.00 $718.00

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8 8 Pza Catarina en acero Marca Martin Modelo 204288 con Diametro Exterior de 3.010 in y diametro Interior de 0.625

$375.00 $3,000.00

9 2 Pza Interruoptur de corriente on off $40.00 $80.00

10 2 Pza Transformador de corriente de 127V a 24V $295.00 $590.00

Sub Total $169,747.00

IVA $25,462.05

Ciento Noventa y Cinco Mil Doscientos Nueve Pesos M.N. 05/100 Total $195,209.05

2.- Montaje, instalacin, arranque y puesta en marcha

Montaje, Instalacin, Puesta en Marcha y Arranque

Partida Cantidad Unidad Descripcin P.U. M.N. Total M.N.

1 1 Lote Instalacin, maniobras, acarreo de equipo, colocacin de soportara para accesorios, catarinas, motores, cilindros, bandas transportadoras y materiales miscelneos.

$15,700.00

$15,700.00

2 1 Lote Arranque y pruebas de funcionamiento de los equipos y accesorios dejndolos programados y balanceados en tiempo y movimiento debidamente calculados en proyecto.

$9,360.00 $9,360.00

Sub Total $25,060.00

IVA $3,759.00

Veinti Ocho Mil Ocho Cientos Diecinueve Pesos M.N. 00/100 Total $28,819.00

3.- Costos de operacin y mantenimiento

Costos de Operacin y Mantenimiento

Partida Cantidad Unidad Descripcin P.U. M.N. Total M.N.

1 1 Lote Mantenimiento Bimestral a equipo de automatizacin que incluye: Servicio de limpieza y calibracin a equipos neumticos, como cilindros de doble efecto y sensores de proximidad, vlvulas solenoides. Limpieza reapriete de conexiones elctricas y elementos y electromecnicos como: catarinas banda transportadora, rodillos de lavado y enjuagado.

$3,400.00 $3,400.00

2 1 Lote Costo de operacin al da que como factores de estudio se involucran: Costo de consumo de energa por Hora, factor de desgaste de equipo y accesorios, mano de obra hora-hombre, mantenimiento, horario de operacin de lunes a Sbado de 9:00 a.m. a 5:00 p.m.

$234.00 $234.00

Sub Total $3,634.00

IVA $545.10

Cuatro Mil Ciento Setenta y Nueva Pesos M.N. Pesos M.N. 10/100 Total $4,179.10

47

4.-Presupuesto del proyecto

Costo de Proyecto

Partida Cantidad Unidad Descripcin P.U. M.N. Total M.N.

1 1 Lote Costo de equipos y materiales. $169,747.00 $169,747.00

2 1 Lote Montaje, Instalacin, Puesta en Marcha y Arranque

$25,060.00 $25,060.00

Sub Total $194,807.00

IVA $29,221.05

Doscientos Veinti Cuatro Mil Veinti Ocho Pesos M.N. 05/100 Total $224,028.05

48

5.- Anlisis Costo-Beneficio

Comparativo

!"#$%&'$&()* +,)-,.* /-012,0&3,41* /51%%1*

Duracindelproceso(seg/ciclo) 300 168 132

Unidadesproducidasporciclo 3 12

No.Operarios 2 2

Costoporoperario(da) 100 100

Costodemanodeobra($) 200 200

Horasporturno(Considerando1horadedescanso)

7 7

Tiempodisponibleporda(seg) 25200 25200

Produccinporda 252 1800

Costounitariodemanodeobra(CostoMO/Unidadproducida)

$0.79 $0.11 $0.68

AhorroconProcesoAutomatizado

Descripcin Costo

Ahorroporgarrafn $0.68

Utilidaddiaria $1,228.57

Costodemantenimientoyoperacin(anual) $25,000.00

Costodemantenimiento(diario) $69.44

/51%%1*4&,%&1*67"018* *9******:;::?**

Costodelamquina $170,000.00

Costodetraslado $1,000.00

Costodeinstalacin $25,000.00

Inversintotal $196,000.00

Periododerecuperacindelainversin(das) $169.09

Dashbilesdelao $312.00

@"%&141*4"*%"$-'"%,$&()*4"*.,*&)A"%#&()*6,B1#8* C>

49

Conclusiones Mediante la automatizacin de la planta purificadora los beneficios que se obtienen son muy significativos en tiempo y costo de produccin, adicionalmente se asegura la calidad e higiene del producto desde su lavado hasta que se saca a la venta al publico, el principal punto que se elimino es el de mano de obra reducindola en un 50% a si mismo el tiempo de produccin se redujo en un 86% de este modo las ganancia totales son de un 160% . Si se requiere de mayor demanda de producto la maquina esta diseada para poder ampliarse y aumentar la produccin en un 100% por lo tanto se considera que tiene un gran desarrollo para su comercializacin dentro de la industria del embasado de agua purificada ya se en pequeas cantidades o a gran escala. As mismo podemos decir que la produccin de garrafones por da incrementa en 1548 unidades producidas ms que en el proceso manual, por otro lado cave mencionar que los costos de produccin se reducen en $ 0.68 por unidad producida teniendo como consecuencia una utilidad diaria de $ 1,228.00. Por tal motivo concluimos que el futuro del desarrollo de este proyecto es una garanta de inversin para los negocios de agua embotellada.

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Bibliografa.

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DEL RAZO, Hernndez Adolfo, Sistemas Neumticos e Hidrulicos: Apuntes de Teora" Editorial: U.P.I.I.C.S.A, Mxico D.F., 2001.

DEPPERT W. / K. Stoll. "Dispositivo Neumticos" Ed. Marcombo Boixareu. Espaa

Edminister, Joseph A., Circuitos elctricos, McGraw-Hill 2a. ed.

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