Proceso de Empaquetado de Chicles
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20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 1
TEMA:
PROCESO DE EMPAQUETADO DE GOMA DE MASCAR TIPO BOLA MARCA AGOGO
FILIACIÓN DE LOAS AUTORES:
EDWIN CAICEDO ([email protected])
ANDREA CÓRDOVA ([email protected])
PABLO REGALADO ([email protected])
CHRISTIAN SOCASI ([email protected])
RESUMEN
Se ha diseñado, analizado y simulado las pruebas necesarias de un equipo automático para el empaquetado
de goma de mascar tipo bola. En base a una metodología de diseño se logra elegir la alternativa más viable
para el diseño y construcción del equipo automático, considerando para esto los requerimientos tanto
tecnológicos, económicos e higiénicos.
Otro aspecto a tomar muy en cuenta en el presente trabajo la utilización de software, ya que permite
optimizar tiempo, dinero y espacio. El equipo es totalmente desmontable lo que facilita el proceso de
mantenimiento y transporte, además en su estructura se ubican los elementos constitutivos de los diferentes
sistemas.
El suministro del producto consta de una alimentación mediante bandas y un conjunto de mecanismos que
permiten el empaquetado de goma de mascar tipo bola en fundas de cinco unidades. El sistema de
conformado por medio de alas de moldeo realiza los dobleces en el plástico para la obtención del empaque
requerido.
El mecanismo del sistema de sellado vertical es accionado por un cilindro neumático el mismo que
proporciona una presión establecida la cual permite la termosoldabilidad de las dos caras del plástico.
En el sistema de arrastre del plástico, el movimiento de los rodillos es accionado mediante dos motores
eléctricos los cuales están acoplados directamente a los rodillos de transmisión. En el sistema de sellado y
corte horizontal los elementos móviles se desplazan a través de los ejes guías los cuales son accionados por
un cilindro neumático, produciendo de esta manera el sellado y corte deseado.
El control automático de cada uno de los procesos antes mencionados se realiza mediante un PLC.
Una vez diseñado el sistema se realizo un estudio económico determinando los costos y la tasa de
producción del sistema.
Palabras Claves: Empaquetado, Goma de Mascar, Sellado Térmico, Mecanismo, Conformado, PLC, Tasa
de producción.
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INTRODUCCIÓN
El chicle se define como una base de goma de mascar (polímero sintético masticable) [1], la cual sufre
diversos cambios hasta obtener una estructura gomosa de sabor agradable.
Para la elaboración del producto se utiliza un conjunto de elementos o ingredientes que permiten obtener
un resultado final de alta aceptación y cumpliendo con lo requerimientos establecidos por las autoridades
pertinentes, entre los cuales están:
Componentes
Sustancias sintéticas masticables
Plastificantes
Suavizantes / Emulsificantes
Coadyuvantes insoluble en agua
Antioxidantes
Glucosa
Sacarosa
Almidón
Esencias
Colorantes
La base o polímero sintético en estado sólido sufre varios cambios durante la elaboración de goma de
mascar debido a las etapas de proceso que siguen.
Dichas etapas son: el fundido de la base, mezclado o incorporación con los demás ingredientes donde se
forma la goma, laminación y marcado para obtener esferas de goma de dimensiones específicas, y
finalmente el recubierto con jarabes de azúcar para posteriormente ser empacadas y distribuidas Fig. 1.
Fig. 1 (Diagrama de flujo del proceso de producción del chicle)
Durante el proceso los ingredientes debe seguir ciertas condiciones de tiempo y temperatura para obtener
una mezcla homogénea, la mezcla obtenida es denominada cocido o goma.
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La base debe mantenerse en estado gomoso para poder ser mezclada con los demás ingredientes, esto
quiere decir que debe mantenerse alrededor de su punto de flexibilidad o ablandamiento.
Banda Trasportadora
Una cinta transportadora o banda transportadora es un aparato para el transporte de objetos formado por
dos poleas que mueven una cinta transportadora continua. Las poleas son movidas por motores, haciendo
girar la cinta transportadora y asi lograr transportar el material depositado en la misma.
Las cintas o bandas transportadoras se usan extensivamente para transportar materiales agrícolas e
industriales, tales como grano, carbón, menas, etcétera, a menudo para cargar o descargar buques cargueros
o camiones. Para transportar material por terreno inclinado se usan unas secciones llamadas cintas
transportadoras elevadoras. Existe una amplia variedad de cintas transportadoras, que difieren en su modo
de funcionamiento, medio y dirección de transporte, incluyendo transportadores de tornillo, los sistemas de
suelo móvil, que usan planchas oscilantes para mover la carga, y transportadores de rodillos, que usan una
serie de rodillos móviles para transportar cajas o palés.
Las cintas o bandas transportadoras se usan como componentes en la distribución y almacenaje
automatizados. Combinados con equipos informatizados de manejo de palés, permiten una distribución
minorista, mayorista y manufacturera más eficiente, permitiendo ahorrar mano de obra y transportar
rápidamente grandes volúmenes en los procesos, lo que ahorra costes a las empresas que envía o reciben
grandes cantidades, reduciendo además el espacio de almacenaje necesario todo esto gracias a las bandas
transportadoras.
Esta misma tecnología de bandas transportadoras se usa en dispositivos de transporte de personas tales
como cintas transportadoras y en muchas cadenas de montaje industriales. Las tiendas suelen contar con
cintas transportadoras en las cajas para desplazar los artículos.
Fig. 2 (Banda Trasportadora)
Empaquetado
Tecnología para guardar, proteger y preservar los productos durante su distribución, almacenaje y
manipulación, a la vez que sirve como identificación y promoción del producto e información para su uso.
El empaquetado debe mantener las condiciones de su contenido. En el caso de los alimentos, ha de
extraerse el aire para evitar que su deterioro los haga no aptos para el consumo hasta la fecha de caducidad
marcada en el envase. Este último tiene que prevenir el derrame de su contenido, en especial en el caso de
productos químicos venenosos o corrosivos. También debe identificar su contenido y composición con
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etiquetas y dibujos explicativos, incluyendo instrucciones de uso y advertencias sobre su peligrosidad
cuando sea preciso. Esto último es esencial en el caso de fármacos y productos químicos, ya sean de uso
doméstico o industrial.
El empaquetado suele ser parte de la planificación de un sistema global de distribución. Así, el tamaño del
envase exterior debe tener un diseño específico para optimizar el espacio en los pallets y contenedores. Los
envases también han de cumplir la función de disuadir a ciertas personas, como los clientes que intenten
probar el producto. Para averiguar si el producto ha sido abierto antes se emplean lengüetas de cierre, tiras
alrededor de los tapones y `topes' en la cubierta de las latas que saltan al romperse el vacío.
Empaquetado con el tema del plástico
Una de las aplicaciones principales del plástico es el empaquetado. Se comercializa una buena cantidad de
polietileno de baja densidad en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios. El polietileno de
alta densidad se usa para películas plásticas más gruesas, como la que se emplea en las bolsas de basura. Se
utilizan también en el empaquetado: el polipropileno, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC) [2] y el
policloruro de vinilideno. Este último se usa en aplicaciones que requieren estanqueidad, ya que no permite
el paso de gases (por ejemplo, el oxígeno) hacia dentro o hacia fuera del paquete. De la misma forma, el
polipropileno es una buena barrera contra el vapor de agua; tiene aplicaciones domésticas y se emplea en
forma de fibra para fabricar alfombras y sogas.
El empaquetado relacionado con los alimentos
La tecnología alimentaria es también consciente del papel crucial que desempeña el empaquetado de los
productos. Los sistemas modernos no sólo ofrecen un recipiente cómodo y atractivo, sino que, en caso de
estar adecuadamente sellado y en el supuesto de que esté fabricado con los materiales apropiados, actúa
como barrera para, por ejemplo, conservar la leche fresca de alta calidad y larga duración durante varios
meses, mantener el pan libre de mohos durante semanas o mantener el color rojo brillante de la carne de
vacuno durante muchos días.
Máquinas selladoras
Tipos de selladoras industriales
Existen diversos tipos de selladoras con varias aplicaciones, entre los que se encuentran: Selladoras de
pedal Selladoras de mordaza Selladoras continúas Selladoras con codificación o fechadoras prácticas y
económicas.
Pero como podemos conocer el principio es el mismo se basa en calentar una resistencia y pegar los dos
extremos en el medio las fundas a utilizar por lo que veremos las características de los diferentes tipos:
Selladoras de Pedal
La selladora de pedal tiene un control de tiempo de sellado para proteger el material y asegurar un correcto
sellado. Cuentan con un pedestal para un mejor manejo del producto, así como un sistema de cierre de las
resistencias de sellado a través de un pedal.
Las selladoras manuales de pedal, tienen un ancho de sellado grueso y más rudo, y el tiempo de sellado es
muy rápido, 2 segundos aproximadamente. Estos equipos son selladores de mayor capacidad por su motor,
pueden trabajar continuamente, también poseen sus protectores de teflón para un terminado ideal. Cuentan
con resistencias de sellado a través de un pedal.
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Selladoras Continuas
Este tipo de selladoras tienen la función de banda infinita de cargado y sellado, transporta, sella e imprime
(en tinta dependiendo del modelo) en una sola operación. La impresión es de lote, y fecha, con sello en
calor; o en el caso de la selladora con impresor, en tinta. Estas máquinas están diseñadas con controles de
temperatura y de velocidad de transportación para asegurar una producción y calidad constante, ya sea por
un sellado horizontal, vertical (para líquidos, etc.), y/o con stand. Es de gran utilidad para productos largos,
y producciones grandes aquí encontramos dos tipos de selladoras continuas
Selladoras Continuas Verticales
Selladoras Continuas Horizontales
Selladoras Continuas Verticales
Esta es una selladora continua semiautomática vertical, trabaja de manera vertical para un mejor manejo de
materiales sólidos y líquidos. El colocado de la bolsa es lateral a una banda de sellado en continuo
movimiento, tiene controles de temperatura, de presión (por la fijación del sello y el peso de arrastre de la
bolsa a través de la banda transportadora) y de velocidad de la banda transportadora. La máquina también
cuenta con un impresor de 12 dígitos alfanuméricos para imprimir un código sobre el sello. La altura
máxima de la bolsa es de 60 cm.
Selladoras Continuas Horizontales
Esta es una selladora continua semiautomática, el colocado de la bolsa es lateral a una banda de sellado en
continuo movimiento, tiene controles de temperatura, de presión (por la fijación del sello y el peso de
arrastre de la bolsa a través de la banda transportadora) y de velocidad de la banda transportadora.
Material para el envase.
El envasado preserva la calidad del producto y los protege de los daños que pudieran producirse durante el
almacenamiento, el transporte y la distribución. La protección ejercida puede ser de tres tipos: Química. El
envasado puede impedir el paso del vapor de agua, del oxígeno y de otros gases, o actuar de forma
selectiva, permitiendo sólo el pasó de algunos de los gases. Física. El envasado puede proteger del polvo y
la suciedad, de las pérdidas de peso y de los daños mecánicos. Biológica. El envasado puede impedir el
acceso al alimento de microorganismos e insectos, afectar el modo o velocidad de la alteración, o la
supervivencia y crecimiento de los gérmenes patógenos que pudiera haber en el producto.
Los envases pueden ser rígidos (latas, papel, cartón, vidrio, plástico) o flexibles (plásticos, yute, hoja de
aluminio), los plásticos son cada vez más utilizados. Mediante diversas combinaciones de materiales y
técnicas de procesado, es posible producir envases con cualquiera de las propiedades funcionales que se
consideren deseables.
Como se observo anteriormente el envase se confecciona en moldes o a partir de películas plásticas. Estas
películas plásticas se las adquiere en el mercado generalmente con el nombre de films. Los más utilizados
para el envasado de productos son los de polietileno y polipropileno. En este caso se utilizara polipropileno
biorientado [3].
Polipropileno
El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico de baja densidad, rigidez elevada, resistente a los rayos
X, muy poco permeable al agua, resistente a las temperaturas elevadas (<135 °C) y a los golpes,
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parcialmente cristalino. Se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de
las poliolefinas [4] y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para
alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran
resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.
REVISIÓN DE LITERATURA
Para el presente proyecto se ha basado en varias fuentes literarias de orden técnico que han permitido el
mejor entendimiento y selección de las herramientas utilizadas para desarrollo de la misma.
Además la consulta se ha realizado en documentos físicos así como también digitales que también ha
permitido realizar un documento con un alto criterio de investigación y profesionalización. A continuación
se describe los diferentes tipos de documentos revisados.
Libros (físicos y digitales)
Tesis afines
Artículos
En bibliotecas virtuales
En direcciones electrónicas
HIPÓTESIS Y MÉTODOS.
La tecnología avanza con paso firme en todos los campos y procesos de envasados de productos no es
menos. Se ha revolucionado el mercado cuando se empezó a usar los envases plásticos. Todo ello hizo que
muchos fabricantes pudieran bajar el costo de sus productos haciéndolos así más competitivos.
Los equipos para sellado térmico o enfundado de productos son diseñados para el embasamiento de
productos con gran aplicación principalmente en la industria de la alimentación. Dichos equipos se
encargan de realizar un proceso de confeccionado del recipiente, llenado y cierre, obteniéndose un
producto higiénicamente terminado.
Los equipos para el sellado térmico de líquidos se pueden clasificar:
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Alternativas para el moldeo de los embases
Mediante alas de moldeo
Consiste en un sistema que al desplazarse el plástico las alas de moldeo van acoplándolo de manera que
quede lista para ser sellado térmicamente tanto verticalmente como horizontalmente, obteniéndose de esta
forma el envase donde se envasará el producto.
Las alas de moldeo pueden ser de doble ala la que posee el sellado vertical en la parte central o de un ala la
que realiza el sellado vertical en uno de los lados.
Tanto las alas de moldeo de una ala o doble ala están compuestas por los mismos elementos y tienen el
mismo principio de funcionamiento.
Fig. 3 (Conformado Mediante alas de Conformado)
Mediante anillo de moldeo
Consiste en hacer pasar el material por un anillo, este método se utiliza principalmente para materiales que
no pueden ser deformados con facilidad como es el caso del cartón para posteriormente obtener un embace
tipo Tetrebrick o Tetrapack.
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Fig. 4 (Conformado Mediante Anillo de Moldeo)
Alternativas de alimentación del material
El sistema de arrastre será el encargado de desplazar el material con el cual se formaran bolsas de plástico.
Pueden existir varias alternativas para la alimentación del material entre las cuales se tiene:
Por medio de rodillos de arrastre
El sistema consiste en cuatro rodillos agrupados en parejas de dos, los cuales al rotar por medio de fricción
con el material efectúan el desplazamiento vertical del plástico. El inconveniente con este sistema es que se
debe tener un adecuado control, en la rotación de los rodillos de arrastre para que de esta forma los tamaños
de los envases plásticos sean los mismos.
Fig. 5 (Rodillos de Arrastre)
Por medio de mordazas y cilindro de avance
En este sistema el cilindro de desplazamiento horizontal realiza el agarre del material y un cilindro de
avance vertical realiza el desplazamiento del plástico verticalmente, en este sistema se tendrá un mayor
control y precisión en el desplazamiento del material, sin embargo el tiempo empleado para el avance será
mayor que en el caso de los rodillos además que aumenta costos y consumo de energía con los dos
cilindros neumáticos.
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Fig. 6 (Mordaza y Cilindro de Avance)
Materiales adecuados para el envase y preservación
MATERIAL RANGO DE TEMPERATURA PARA
CORTE Y SELLADO (ºC)
Polimetalcrilato 100 – 150
Polietileno lineal 120 – 160
Polietileno de alta densidad 80 – 120
Polietileno ramificado 130 – 180
Polivinilo 90 – 120
Polipropileno metalizado 92 – 135
Tabla 1: MATERIALES USADOS EN EL EMBASADO.
Como se observa la mayoría de materiales tienen parámetros muy similares de temperaturas, estos valores
de temperatura pueden variar debido al aumento o disminución de la presión de sellado. En nuestro caso se
ha seleccionado el Polipropileno Metalizado por prestar mejores características para el proceso.
Selección del tipo de equipo
Metodología del diseño
Como base para poder determinar el diseño de nuestra maquina se han planteado las siguientes exigencias
y se han añadido algunas características para un mejor funcionamiento y comodidad. Estas exigencias y
características son presentadas a continuación.
FUNCIONES
El equipo debe sellar fundas de 5 unidades de goma de mascar tipo bola E
El equipo debe sellar máximo 4000 u/h E
El equipo debe contar con un dosificador por colores de goma de mascar E
El sellado térmico se realizara por niquelinas caloríficas E
ENERGÍA
La energía para realizar el proceso de sellado, corte, y dosificado será suministrada por un
compresor (aire) E
La energía para realizar el proceso de arrastre será suministrada por un motor E
Minimizar pérdidas por fricción C
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Tabla 2: Lista de características (C) y Exigencias (E)
Estructura de funciones
Entradas Salidas
Materia prima
Mano de obra caja de chicle con 24 tacos de 5
Energía
Fig. 7(Estructura de Funciones)
SEGURIDAD
El equipo irá acompañado de las correspondientes instrucciones de montaje uso y
mantenimiento, así como de las medidas preventivas de accidentes E
El equipo tendrá un nivel de seguridad suficiente a fin de preservar a las personas y a los
bienes de los riesgos derivados de instalación, funcionamiento, mantenimiento y reparación C
Evitar el ingreso de elementos perjudiciales a los sistemas E
ERGONOMIA
El acceso a los distintos elementos del equipo deberá ser cómodo para las operaciones de
mantenimiento, montaje y desmontaje C
No debe existir contaminación tanto en el producto como en el ambiente C
La posición del tablero de control debe de ser de fácil acceso C
FABRICACION
El equipo debe ser de fácil ensamblaje y anclaje E
Los elementos que formen parte del equipo deben ser de fácil manufactura y de forma sencilla C
Los materiales utilizados beben existir en el mercado E
Los elementos del equipo deben resistir esfuerzos a los que están sometidos E
La transmisión de fuerzas se realizara por medio de sistemas mecánicos y neumáticos E
El equipo debe tener buena estabilidad y rigidez E
SEÑALES
El equipo deberá tener señales visibles que indiquen que el equipo está en funcionamiento C
El equipo deberá tener etiquetas de advertencias para evitar accidentes E
CONTROL
Evitar que los niveles de ruido en el equipo sean elevados C
Verificar la calidad de los materiales empleados para la fabricación del equipo E
FUNCIONAMIENTO
Preservar la seguridad del operador E
El funcionamiento del equipo será posible solo si existen las garantías necesarias de seguridad E
MANTENIMIENTO
Los elementos que están en fricción deben ser fáciles de lubricar E
Los elementos de recambio deben existir en el mercado nacional E
Para lograr un buen mantenimiento los elementos y sistemas del equipo deben ser de fácil
acceso E
PROCESOS
Transporte
Control de calidad
Sellado lateral
Pre-empaque (fundas)
Sellado y corte horizontal
Cierre de caja
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Entradas Salidas
Materia
Ingreso de materia
prima:
- Plástico (conformado
del envase)
- Líquido a embasarse
Producto en las diferentes
presentaciones
requeridas
Energía
Proporcionado al
equipo:
- Compresor (elementos
neumáticos)
- Motor eléctrico
(arrastre)
Ruido, vibraciones, calor
Señales
Inicio del
funcionamiento del
equipo
Indica que el equipo está en
funcionamiento
Tabla 3: Estructura de Funciones
Los procesos técnicos necesarios será la preparación de la goma de mascar a empaquetar, ejecución del
equipo, que cumpla con las características y exigencias planteadas, hasta la culminación del proceso para
finalmente verificar la calidad del producto a obtenerse.
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Determinación de prototipos
Inicio
Prototipo 2
Colocación dela
bobina de plastico
Alimentación de la
gomas de mascar
tipo bola por color
Accionamiento de
las bandas de
alimentación
Arrastre de plástico
mediante mordazas
y cilindros de
avance.
Accionamiento de
rodillos térmicos
para el sellado
vertical
Accionamiento de
cilindro neumático
para el corte
Recolección del
producto
termiando
Fin Prototipo 2
Una vez determinados los posibles procesos de empaquetado de la goma de mascar se procede a realizar
una matriz morfológica para determinar el camino más conveniente.
Inicio
Prototipo 1
Colocación dela
bobina de plastico
Alimentación de la
gomas de mascar
tipo bola por color
Accionamiento de
las bandas de
alimentación
Accionamiento de
rodillos de arrastre
del plastico
Accionamiento de
rodillos térmicos
para el sellado
vertical
Accionamiento de
cilindro neumático
para el corte
Recolección del
producto
termiando
Fin Prototipo 1
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1 Alimentación de Plástico
Colocación del plástico en el porta bobina Manual Automático
2 Sistema de Dosificación
Bandas Trasportadoras Banda
3 Sistema de sellado vertical
Elemento de sellado térmico Niquelina
4 Sistema de sellado y corte horizontal
Elemento de sellado térmico Niquelina
Mecanismo de sellado horizontal Cilindro Neumático
5 Sistema de arrastre de plástico
Arrastre de plástico Neumático Mecánico
6 Sistema de moldeo de plástico
Conformado del plástico Alas de Moldeo
Tabla 4: Matriz Morfológica
Prototipo 1:
En este prototipo la goma de mascar de cada color es dosificada mediante un banda trasportadora, esta cae
por el cuello conformado hasta el empaque plástico el cual previamente ha sido sellado por los rodillos de
sellado vertical y pistones de sellado horizontal y el sistema de arrastre neumático.
Prototipo 2:
En este prototipo la goma de mascar de cada color es dosificada [5] mediante una banda trasportadora, esta
cae por el cuello conformado hasta el empaque plástico el cual es desplazado verticalmente mediante un
sistema de rodillos de arrastre el cual es sellado de forma vertical por el elemento de sellado térmico y por
un pistón en el sellado horizontal.
Selección del prototipo más adecuado
CARACTERÍSTICAS OBSERVACIONES
Equipo
automático
De accionamiento
electro-neumático, de
control electrónico y
arrastre por rodillos
Es la opción más adecuada
Modelo Estructura y tubería
vertical Presta mayor facilidad de diseño
Tipo de
dosificador Isobárico [6] Eficiente para el sellado térmico
Método de
moldeo de los
envases
Tubo conformador Presenta facilidad de transporte y seguridad
de la calidad del envase
Alimentación
del material Rodillos de arrastre
Da mayor rapidez y mayor facilidad de
construcción además de un ahorro de
energía.
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Materiales a
utilizarse en los
principales
elementos
Acero inoxidable
A304 Acero A36
Aluminio
Acero AISI 1020
Acero cementado 7210
La mayoría de elementos deben ser no
corrosivos con características adecuadas
para manejo de alimentos, los elementos
estructurales y además elementos que
pueden corroerse deben ser debidamente
pintados para evitar la corrosión.
Materiales de
envase
Materiales utilizados
para el sellado térmico
de productos
alimenticios
Debe existir un control tanto en la presión
como en las niquelinas, de manera que se
pueda realizar un sellado y corte eficiente
Número de
envases
mínimo a
llenar
Entre 100 u/h y 200
u/h
Los fabricantes de equipos de origen
extranjero recomiendan para buenos
resultados no sea superior a 1250 u/h.
Tabla 5: Características del equipo a construirse
EXPERIMENTOS, ANÁLISIS, O REALIZACIÓN DE SIMULACIONES
Una vez determinadas las características de la máquina se procede al diseño y análisis de la misma, en
donde el diseño de varias de sus partes ha sido indispensable con la finalidad de obtener un rendimiento
apropiado y un producto final de calidad. A continuación se describe los procesos de selección y cálculos
necesarios:
SELECCIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA INDIVIDUAL DE CHICLES
INDIVIDUALES:
- La banda va ser ubicada de manera horizontal sin Angulo de desnivel.
- La banda cuenta con elementos recolectores.
Datos iniciales:
Fig. 7 (Banda transportadora de chicles individuales) [1]
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Tabla 6: Medidas de la banda transportadora FP15 de la RNA
Longitud L=1.5 m
Ancho de la banda = 2 cm
Material: PVC (bandas para transporte de alimentos, PVC o PU) [3]
Peso del chicle Pc= 3.2 gr
Recolectores:
Fig. 8 (Medidas de perfil de banda de PVC) [2]
a=5.6 mm
b= 10 mm
h= 6 mm
Material PVC, densidad d= 1.4 gr/cm3
Con este tipo de recolectores y una separación de 10mm entre ellos pueden estar 75 chicles sobre la banda
y 75 perfile recolectores.
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Fig. 9 (Disposición de perfiles en la banda)
75 perfiles peso= 98.28 gr
75 chicles peso= 240 gr
Peso total PT= 338.28 gr
Área de trabajo At= 1.5 m * 0.02m = 0.03 m2
La carga del producto M= PT/At (1)
M= 0.3382Kg/0.03m2 = 11.276 Kg/m
2
Tiempo de accionamiento de la banda:
Fig. 10 (Caída máxima descrita por un chicle en la banda)
Ec=Ep (2)
m*g*h=00.5*m*v2
0.0032*9.81*0.087=0.5*0.0032* v2
V= 1.306 m/s
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(3)
a= 1.3062/(2*0.30675)= 2.7802 m/s
2
t= 1.306/2.7802= 0.47 s
(4)
Vf= 1.306 + 2*9.81*0.19
Vf=5.0338 m/s
(5)
t=(5.0338-1.306)/9.81=0.38 s
Tiempo total tT=0.47 + 0.38 = 0.85 s
tbanda= 1.0625 min
V=L/ tbanda = 1.5/1.06= 1.412 m/min
Peso de la banda:
Tabla 7: Características físicas de la banda [3]
W=2.90 kg/m2 [2]
Coeficiente de fricción entre la banda y el rodillo motriz:
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Tabla 8: Coeficientes de rozamiento entre rodillo y banda [4]
Fw= 0.30 sin recubrir
Factor de carga:
Como el Angulo de inclinación de la banda es 0°
Tabla 9: Factor debido al ángulo de inclinación de la banda [4]
Fp= 1
Carga del producto corregida:
Mp=M*Fp (6)
Mp= 11.276*1= 11.276 kg/m2
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Tensión de la banda:
(7)
H=0 por 0° de inclinación
ABP= Tracción ajustada a la banda
SF= Factor de servicio
Tabla 10: Factor de servicio [4]
SF=1.2
(8)
ABS= Resistencia permitida de la banda
Bs= Resistencia nominal de la banda
T= Factor de temperatura
S= Factor de resistencia
Tabla 11: Características físicas de la banda [3]
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Bs= 20 N/mm = 2038.73 Kg/m
Tabla 12: Factor de temperatura [4]
T= 0.98 (a 20°C de temperatura ambiente)
S= 0.92
(9)
ABS>ABP Correcto
CALCULO DE DEFLEXIONES:
Tabla 13: Datos del eje [4]
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Manual para el empaquetado de chicles 21
E= 19700 kg/mm2
I= 0.013 in4 = 5411.008533 mm
4
Q= 1.33 lb/pie = 1.983 kg/m
(10)
(11)
Deformación mínima.
CALCULO DEL ESFUERZO DEL EJE MOTRIZ:
f´= Coeficiente de rozamiento de los rodillos de soporte sobre sus propios cojinetes.
Tabla 14: Coeficientes de rozamiento entre ejes y bandas [5]
(12)
Qp= Peso neto de la cinta + peso de perfiles + peso de rodillos
Peso de la banda= 2.9 kg/m2 (tomado de la tabla 11)
Peso neto de la cinta= 2.9*3*0.02=0.174 Kg
Peso de perfiles= 196.56 gr (150 perfiles)
Peso de rodillos= 0.20614 Kg
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
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Qp= 0.174+0019656+0.20614= 0.5767 kg
(13)
CALCULO DE ESFUERZO EN VACIO:
(14)
Q= Capacidad del transportador
Q= (3.2gr * 75)/1.06= 0.22642 Kg/min
CALCULO DE ESFUERZO CON CARGA:
(15)
(16)
ESFUERZO TOTAL:
(17)
Actuador lineal para cada una las 5 bandas de alimentación de chicles:
El actuador lineal [7] debe tener una carrera corta para realizar el avance secuencial de la banda por medio
de un mecanismo de trinquete, procedemos a la elección del actuador.
Actuador lineal:
Carrera = 20 mm
Elección del actuador:
Escogimos los cilindros compactos AEVULQ/AEVULQZ Hoja de datos del cilindro de simple efecto con
vástago cuadrado anti giro.
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 23
Fig. 11 (Factor debido al ángulo de inclinación de la banda) [6]
Esfuerzo de empuje= 7.8766 Kg P=77.1907 N
Tabla 15: Coeficientes de rozamiento entre ejes y bandas [6]
Escogemos un embolo con un diámetro de 16mm el cual nos da una fuerza de empuje a una presión de 6
bar de 111N suficiente para superar los 77.1907N que opone la banda.
Calculo de la energía cinética del embolo, con la ayuda del PropNeu [8] obtenemos los siguientes
resultados:
Fig. 12 (Parámetros del sistema para selección del cilindro PropNeu) [7]
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
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Escogimos el pistón:
Fig. 13 (Tipo de cilindro PropNeu) [7]
Con lo que obtuvimos los siguientes resultados:
Fig. 14 (Resultados de simulación no adecuados PropNeu) [7]
Debido a la velocidad de acción del pistón se producía una cantidad de energía residual [9] que produce un
choque al final de la carrera la cual comprobamos con el siguiente cálculo.
Tabla 16: Peso móvil del pistón escogido [6]
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
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Masa móvil con carrera de 20mm= 20 gr =0.002 Kg
Esfuerzo total= Esfuerzo de la banda + masa móvil + final pistón Kg
Esfuerzo total (Et)= 7.8766 + 0.002 + 0.002 = 7.9166 Kg
Ec=Et*V2/2 (18)
Para sacar la velocidad e incluso nos da el tiempo del ciclo del actuador lineal nos ayudamos del programa
ProNeu
V= 0.52 m/s
Ec=7.9166 * 0.522/ 2 = 1.07 J (energía cinética de impacto)
Para reducir esta energía cinética procedemos a colocar un amortiguador el final de la carrera.
Amortiguador
Fig. 15 (Escoger tipo de amortiguador para reducir la energía cinética PropNeu) [7]
YSR-7-5-C
Fig. 16 (Amortiguador YSR-7-5-C PropNeu) [7]
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Características
Propiedades
Tamaño 7
Carrera 5 mm
Amortiguación autorregulable
Posición de montaje indistinto
Detección de la posición Sin
Velocidad máxima del impacto 3 m/s
Tiempo de recuperación corto 0,2 s
Tiempo de recuperación largo 1 s
Forma de funcionamiento de simple efecto
compresión
Clase de resistencia a la corrosión KBK 2
Temperatura ambiente -10 ... 80 °C
Carrera de amortiguación 5 mm
Fuerza máxima del impacto 300 N
Consumo máximo de energía por
carrera
2 J
Consumo máximo de energía por hora 12.000 J
Energía residual máxima 0,01 J
Fuerza de reposición 1,2 N
Peso del producto 16 g
Tipo de fijación con contratuerca
Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE
Conforme con RoHS
Información sobre el material de las
juntas
NBR
Información sobre el material del
cuerpo
Acero de aleación fina
Información sobre el material del
vástago
Acero de aleación fina
Tabla 17: Tabla características técnicas del amortiguador PropNeu [7]
Lo cual nos produce el siguiente resultado:
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Fig. 17 (Resultados de la simulación de la acción del pistón con el amortiguador acoplado PropNeu) [7]
Con lo cual obtenemos una energía de impacto dinámica 0, con lo cual aseguramos una larga vida útil del
pistón.
Además el software de simulación PropNeu nos ayuda a elegir la válvula de control, el racor de rápido
roscado y la manguera de alimentación de aire, los cuales son descritos a continuación:
Válvula de control:
MFH-3-M5
Fig. 18 (Electroválvula de simple efecto MFH-3-M5 PropNeu) [7]
Caracter. Propiedades
Función de las válvulas 3/2 cerrada monoestable
Tipo de accionamiento eléctrico
Caudal nominal normal 58 l/min
Presión de funcionamiento 0 ... 8 bar
Construcción asiento de plato
Tipo de reposición muelle mecánico
Diámetro nominal 1,3 mm
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Función de escape no estrangulable
Principio de hermetización blando
Posición de montaje indistinto
Accionamiento manual auxiliar mediante pulsador
Tipo de control directo
Sentido del flujo no reversible
Desconexión del tiempo de
conmutación
16 ms
Conexión del tiempo de conmutación 9 ms
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:4:4]
Indicación sobre los fluidos de
funcionamiento y de mando
Opción de funcionamiento con lubricación
(necesaria en otro modo de funcionamiento)
Temperatura del medio -15 ... 60 °C
Temperatura ambiente -15 ... 40 °C
Tipo de fijación con taladro pasante
Conexión neumática 1 M5
Conexión neumática 2 M5
Conexión neumática 3 M5
Tabla 18: Tabla características técnicas de la electroválvula PropNeu [7]
Racor con rosca exterior con hexágono exterior:
QSM-M5-3
Fig. 19 (Racor de conexión rápida QSM-M5-3 PropNeu [7])
Característica Propiedades
Tamaño mini
Diámetro nominal 2 mvm
Tipo de junta del eje atornillable Junta
Posición de montaje indistinto
Tamaño del depósito 10
Construcción Principio de empuje y tracción
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Presión de funcionamiento en función de
la temperatura
-0,95 ... 14 bar
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:-:-]
Indicación sobre los fluidos de
funcionamiento y de mando
Opción de funcionamiento con lubricación
Clase de resistencia a la corrosión KBK 1
Temperatura ambiente -10 ... 80 °C
Homologación Germanischer Lloyd
Par de apriete máximo 1,5 Nm
Peso del producto 3,4 g
Conexión neumática Rosca exterior M5
para diámetro exterior del tubo flexible de
3 mm
Color del anillo extractor azul
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material del
cuerpo
latón
niquelado
Datos sobre el material del anillo de
liberación
POM
Información sobre el material de la junta
del tubo flexible
NBR
Datos sobre el material del segmento de
sujeción del tubo flexible
Acero inoxidable de aleación fina
Tabla 19: Tabla características técnicas del racor de conexión rápida PropNeu [7]
Tubo calibrado exterior, para racores rápidos QS, racores roscados CN y CK de poliuretano:
PUN-3x0,5-BL
Fig. 20 (Manguera de conexión PUN-3x0.5-BL PropNeu) [7]
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Características Propiedades
Diámetro exterior 3 mm
Radio de flexión relevante para el
caudal
12 mm
Diámetro interior 2,1 mm
Radio máximo de curvatura 9 mm
Presión de funcionamiento en función de
la temperatura
-0,95 ... 10 bar
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:-:-]
Temperatura ambiente -35 ... 60 °C
Homologación TÜV
Peso del producto según la longitud 0,0044 kg/m
Color azul
Dureza Shore D 52 +/-3
Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE
Conforme con RoHS
Información sobre el material del tubo
flexible
TPE-U(PU)
Tabla 20: Tabla características técnicas de la manguera de conexión PropNeu [7]
Calculo de consumo de caudal del pistón:
(19)
Q= Consumo de aire (NL/min)
d= Diámetro del cilindro (mm)
c= Carrera del cilindro (mm)
n= Numero de ciclos completos por minuto
p= Presión relativa de trabajo + 1 bar
N= Numero de efectos del cilindro
n=60/0.85= 70 ciclos/min
SELECCIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA DE CAJAS DE CHICLES:
- La banda va ser ubicada de manera horizontal sin Angulo de desnivel.
- La banda cuenta con elementos recolectores.
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Fig. 21 (Banda transportadora de cajas de chicles) [8]
Tabla 21: Medidas de la banda transportadora FK120/FP120 de la RNA
Longitud L=0.5 m
Ancho de la banda = 12 cm
Material: PVC (bandas para transporte de alimentos, PVC o PU) [3]
Peso de caja de chicle Pcj= 264 gr
Recolectores:
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Manual para el empaquetado de chicles 32
Fig. 22 (Medidas de perfil de banda de PVC) [2]
b= 10 mm
h= 50 mm
Material PVC, densidad d= 1.4 gr/cm3
Con este tipo de recolectores y una separación de 40mm entre ellos y dejando 75 mm para la caja de
chicles, podemos tener 8 perfiles en la banda de 330 gr/m.
Fig. 23 (Disposición de perfiles en la banda)
Perfiles peso= 330*0.12m=39.6 gr
8 perfiles= 316.8 gr
Peso de caja= 264 gr
4 cajas= 1056 gr
Peso total PT= 1372.8 gr = 1.3728 Kg
Área de trabajo At= 0.5 m * 0.12m = 0.06 m2
La carga del producto M= PT/At (20)
M= 1.3728Kg/0.06m2 = 22.88 Kg/m
2
El tiempo que se demora en caer el paquete de 5 chicles una altura de 51.5 cm es de 0.2s la cual fue tomada
de forma experimental en un ambiente controlado con una temperatura de 20°C.
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Lo cual sumado al tiempo de producción de cada funda de 5 chicles de 0.85s nos dad un total de 1.05 s
t paquete chicle= 1.05 s
T24chicles= 1.05*24= 25.2 s
tbanda = 25.2*4/60= 1.68 min
V=0.5/1.68 = 0.298 m/min
Peso de la banda:
W=2.90 kg/m2 (tabla7)
Coeficiente de fricción entre la banda y el rodillo motriz:
Fw= 0.30 sin recubrir (tabla 8)
Factor de carga:
Como el Angulo de inclinación de la banda es 0°]
Fp= 1 (tabla 9)
Carga del producto corregida:
Mp=M*Fp (21)
Mp= 22.88*1= 22.88 kg/m2
Tensión de la banda:
(22)
H=0 por 0° de inclinación
ABP= Tracción ajustada a la banda
SF= Factor de servicio
SF=1.2 (tabla 10)
(23)
ABS= Resistencia permitida de la banda
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Bs= Resistencia nominal de la banda
T= Factor de temperatura
S= Factor de resistencia
Bs= 20 N/mm = 2038.73 Kg/m
T= 0.98 (a 20°C de temperatura ambiente)
S= 0.92
(24)
ABS>ABP Correcto
CALCULO DE DEFLEXIONES:
E= 19700 kg/mm2
I= 0.013 in4 = 5411.008533 mm
4
Q= 1.33 lb/pie = 1.983 kg/m
(25)
(26)
Deformación mínima.
CALCULO DEL ESFUERZO DEL EJE MOTRIZ:
f´= Coeficiente de rozamiento de los rodillos de soporte sobre sus propios cojinetes.
f´=0.3
(27)
Qp= Peso neto de la cinta + peso de perfiles + peso de rodillos
Peso de la banda= 2.9 kg/m2
Peso neto de la cinta= 2.9*1*0.12=0.348 Kg
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Peso de perfiles= 633.6 gr (16 perfiles)
Peso de rodillos= 1.71334 Kg
Qp= 0.348+0.6336+1.71334= 2.695 kg
(28)
CALCULO DE ESFUERZO EN VACIO:
(29)
Q= Capacidad del transportador
Q= (264gr * 4)/1.68= 0.629 Kg/min
CALCULO DE ESFUERZO CON CARGA:
(30)
(31)
ESFUERZO TOTAL:
(32)
Potencia absorbida por el transportador:
(33)
V=0.298 m/min = 0.00497 m/s
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Nt= N1 + N2 = 0.00723574 CV
PISTONES DE CIERRE:
Para realizar el cierre de la caja la cual contendrá 24 chicles se va utilizar 2 pistones y un actuador de giro
para realizar el cierre de 3 de las 4 tapas de la caja, la última tapa será cerrada por medio de un tope fijo en
la parte superior de la banda de transporte de cajas.
PISTONES:
Necesitamos una carrera de 55mm para doble completamente la tapa lateral de la caja.
Para la selección de estos pistones vamos a contar con la ayuda del ProbNeu, ya que la fuerza de oposición
de la tapa lateral de la caja es despreciable:
Fig. 24 (Parámetros del sistema para selección del cilindro PropNeu) [7]
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Fig. 25 (Tipo de cilindro PropNeu) [7]
Fig. 26 (Pistón doble efecto de diámetro de 12mm ADN-12-55-A-P-A)
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Características Propiedades
Carrera 1 ... 300 mm
Diámetro del émbolo 12 mm
En base a la norma ISO 21287
Amortiguación P: Amortiguación por tope elástico/placa a
ambos lados
Posición de montaje indistinto
Construcción Émbolo
Vástago
Tubo perfilado
Detección de la posición Para detectores de posición
Variantes
Homologación de protección
antideflagrante (ATEX)
Rosca exterior en el vástago prolongado
Rosca especial en el vástago
Vástago prolongado
Con seguridad torsional
todas las superficies de conexión del
cilidnro cumplen los requisitos
especificados en la clase de resistencia a la
corrosión KBK3 (gran resistencia a la
corrosión)
Movimiento lento constante
Mínima fricción
Vástago doble
Juntas termorresistentes hasta máx. 120 °C
Placa de tipo grabada con láser
vástago simple
Presión de funcionamiento 1 ... 10 bar
Forma de funcionamiento De efecto doble
Categoría ATEX para gas II 2G
Tipo de protección contra explosión de gas c T4
Categoría ATEX para polvo II 2D
Tipo de protección contra explosión por polvo c 120°C
Temperatura ambiente explosiva -20°C <= Ta <= +60°C
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:4:4]
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con lubricación
(necesaria en otro modo de
funcionamiento)
Marcado CE (ver declaración de conformidad) Según la normativa UE sobre protección
contra explosión (ATEX)
Clase de resistencia a la corrosión KBK 2
Temperatura ambiente -20 ... 120 °C
Fuerza teórica con 6 bar, retroceso 51 N
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Manual para el empaquetado de chicles 39
Fuerza teórica con 6 bar, avance 51 ... 68 N
Tipo de fijación a elegir:
con taladro pasante
con rosca interior
con accesorios
Conexión neumática M5
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material de la tapa Aleación forjable de aluminio
anodizado
Información sobre el material del vástago Acero de aleación fina
Información sobre el material de la camisa del
cilndro
Aleación forjable de aluminio
Anodizado deslizante
Tabla 22: Tabla de características técnicas del pistón ADN-12-55-A-P-A [7]
Fig. 27 (Optimización del sistema con válvulas reguladoras de caudal PropNeu) [7]
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 40
Fig. 28 (Resultados de la simulación de la acción del pistón con los reguladores de caudal PropNeu) [7]
Estrangulación del aire, con conexión giratoria.
GRLA-M5-QS-4-D
Fig. 29 (Regulador de caudal de aire)
Características Propiedades
Función de las válvulas Válvula reguladora de caudal, antirretorno del
escape
Conexión neumática 1 QS-4
Conexión neumática 2 M5
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 41
Elemento de ajuste Tornillo con cabeza ranurada
Tipo de fijación atornillable
Caudal nominal normal en el sentido de la
estrangulación
110 l/min
Caudal nominal normal en el sentido del
antirretorno
65 ... 110 l/min
Presión de funcionamiento 0,2 ... 10 bar
Temperatura ambiente -10 ... 60 °C
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010 [7:4:4]
Homologación Germanischer Lloyd
Posición de montaje indistinto
Caudal estándar en sentido de regulación del flujo: 6
-> 0 bar
165 l/min
Caudal estándar en sentido de bloqueo: 6 -> 0 bar 140 ... 160 l/min
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con lubricación
(necesaria en otro modo de funcionamiento)
Temperatura del medio -10 ... 60 °C
Par de apriete máximo 1,5 Nm
Peso del producto 13 g
Información sobre el material de la chaveta
atornillable
latón
Información sobre el material de las juntas NBR
Datos sobre el material del anillo de liberación POM
Datos sobre el material del tornillo de regulación latón
Datos sobre el material de la junta basculante Fundición inyectada de cinc
cromado
Tabla 23: Tabla de características técnicas del regulador de caudal ProbNeu [7]
Tubo calibrado exterior, para racores rápidos QS, racores roscados CN y CK de poliuretano
PUN-4x0,75-BL
Figura 30: Manguera de conexión de aire
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Manual para el empaquetado de chicles 42
Características Propiedades
Diámetro exterior 4 mm
Radio de flexión relevante para el caudal 17 mm
Diámetro interior 2,6 mm
Radio máximo de curvatura 8 mm
Presión de funcionamiento en función de la
temperatura
-0,95 ... 10 bar
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010 [7:-:-
]
Temperatura ambiente -35 ... 60 °C
Homologación TÜV
Peso del producto según la longitud 0,0089 kg/m
Color azul
Dureza Shore D 52 +/-3
Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE
Conforme con RoHS
Información sobre el material del tubo flexible TPE-U(PU)
Tabla 24: Tabla de características técnicas de la manguera de conexión ProbNeu [7]
Rosca exterior con hexágono exterior.
QSM-M5-4
Fig. 31 (Racor de conexión rápida de aire)
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 43
Características Propiedades
Tamaño mini
Diámetro nominal 2,2 mm
Tipo de junta del eje atornillable Junta
Posición de montaje indistinto
Tamaño del depósito 10
Construcción Principio de empuje y tracción
Presión de funcionamiento en función de la
temperatura
-0,95 ... 14 bar
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:-:-]
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con lubricación
Clase de resistencia a la corrosión KBK 1
Temperatura ambiente -10 ... 80 °C
Homologación Germanischer Lloyd
Par de apriete máximo 1,5 Nm
Peso del producto 3,2 g
Conexión neumática Rosca exterior M5
para diámetro exterior del tubo flexible de 4
mm
Color del anillo extractor azul
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material del cuerpo latón
niquelado
Datos sobre el material del anillo de liberación POM
Información sobre el material de la junta del tubo
flexible
NBR
Datos sobre el material del segmento de sujeción del
tubo flexible
Acero inoxidable de aleación fina
Tabla 25: Tabla de características técnicas del racor de conexión rápida ProbNeu [7]
Electroválvula
VUVG-L10-B52-T-M5-1P3
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 44
Fig. 32 (Electroválvula visitable 5x2)
Características Propiedades
Función de las válvulas 5/2 biestable
Tipo de accionamiento eléctrico
Ancho 10 mm
Caudal nominal normal 220 l/min
Presión de funcionamiento 1,5 ... 8 bar
Construcción Corredera
Tipo de protección IP40
IP65
con conector tipo zócalo
Diámetro nominal 3,2 mm
Función de escape Estrangulable
Principio de hermetización blando
Posición de montaje indistinto
Accionamiento manual auxiliar con enclavamiento
mediante pulsador
cubierto
Tipo de control prepilotado
Alimentación del aire de control interno
Presión de control 1,5 ... 8 bar
Cambio del tiempo de conmutación 7 ms
Duración de la conexión 100%
Valores característicos de las bobinas 24V DC: 0,35W con reducción de la
corriente de parada
24V DC: 1W sin reducción de la corriente
de parada
Fluctuación de tensión permisible +/- 10 %
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:4:4]
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con lubricación
(necesaria en otro modo de
funcionamiento)
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 45
Limitación de la temperatura ambiente y la
temperatura de medios
-5 - 50 °C
Sin reducción de la corriente de parada
Clase de resistencia a la corrosión KBK 2
Temperatura del medio -5 ... 60 °C
Temperatura ambiente -5 ... 60 °C
Peso del producto 55 g
Conexión eléctrica Mediante placa base eléctrica
Tipo de fijación a elegir:
Sobre regleta de bornes
con taladro pasante
Conexión neumática 1 M5
Conexión neumática 2 M5
Conexión neumática 3 M5
Conexión neumática 4 M5
Conexión neumática 5 M5
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material de las juntas HNBR
NBR
Información sobre el material del cuerpo Aleación forjable de aluminio
Tabla 26: Tabla de características técnicas de la electroválvula de control ProbNeu [7]
ACTUADOR DE GIRO:
DSM-10-90-P-A #173199
Fig. 33 (Actuador de giro tamaño 10)
Características Propiedades
Tamaño 10
Ángulo de amortiguación 0,5 deg
Ángulo de giro 0 ... 90 deg
Amortiguación P: Amortiguación por tope elástico/placa
a ambos lados
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 46
Posición de montaje indistinto
Forma de funcionamiento De efecto doble
Construcción Aleta giratoria
Detección de la posición Para detectores de posición
Presión de funcionamiento 2,5 ... 8 bar
Frecuencia de giro máxima con 6 bar 3 Hz
Categoría ATEX para gas II 2G
Tipo de protección contra explosión de gas c T4 X
Temperatura ambiente explosiva 0°C <= Ta <= +60°C
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:-:-]
Marcado CE (ver declaración de conformidad) Según la normativa UE sobre protección
contra explosión (ATEX)
Temperatura ambiente 0 ... 60 °C
Momento de giro con 6 bar 0,85 Nm
Momento de inercia admisible de la masa 0,0026 kgm2
Peso del producto 149 g
Tipo de fijación con rosca interior
Conexión neumática M3
Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE
Información sobre el material del eje de salida Acero inoxidable de aleación fina
Información sobre el material de las juntas TPE-U(PU)
Información sobre el material del cuerpo Aluminio
anodizado
Tabla 27: Tabla de características técnicas del actuador de giro
Girable 360°, rosca exterior con hexágono exterior:
QSML-B-M3-3-20
Fig. 34 (Acople rápido de aire)
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 47
Características Propiedades
Tamaño mini
Diámetro nominal 0,8 mm
Tipo de junta del eje atornillable Junta
Posición de montaje indistinto
Tamaño del depósito 20
Construcción Principio de empuje y tracción
Presión de funcionamiento en todo el margen de
temperatura
-0,95 ... 10 bar
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:-:-]
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con lubricación
Clase de resistencia a la corrosión KBK 1
Temperatura ambiente -10 ... 60 °C
Homologación Germanischer Lloyd
Par de apriete máximo 0,7 Nm
Peso del producto 1,5 g
Conexión neumática 1 Rosca exterior M3
Conexión neumática 2 para diámetro exterior del tubo flexible de 3
mm
Color del anillo extractor azul
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material del cuerpo PBT
Datos sobre el material del anillo de liberación POM
Información sobre el material de la junta del tubo
flexible
NBR
Datos sobre el material del segmento de sujeción del
tubo flexible
Acero inoxidable de aleación fina
Tabla 28: Tabla de características técnicas del racor de acople rapido
DISEÑO DEL SISTEMA DE SELLADO Y CORTE TRANSVERSAL
Existen varias opciones para realizar el sellado y corte horizontal del plástico, se ha tomado el mecanismo
que se indica en la figura debido a la facilidad de construcción, control y además de ser económicamente
rentable.
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 48
Fig. 35 (Sistema de sellado y corte transversal) [8]
Fig. 36 (Simulación SOLIDWORK sistema de sellado y corte transversal)
El prensado y corte se realiza mediante un cilindro neumático el cual desplaza la placa móvil y la mordaza
de corte y sellado, los elementos mecánicos deben ser diseñados adecuadamente para soportar la fuerza que
proporcione el cilindro, el cilindro debe ser seleccionado para ser capaz de realizar el proceso de corte y
sellado adecuadamente.
DISEÑO PLACA FIJA DEL CORTADOR:
Diseño estático:
La carga a la rotura del polipropileno es de:
(34)
Para un área de corte y sellado
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As= 20 mm2
Fig. 37 (Medidas placa fija)
L= 200 mm
Fig. 38 (Corte transversal de la viga)
b= 46.5 – 15.87 mm
Distribución de fuerzas:
Fig. 39 (Distribución de fuerzas en la placa fija)
P1= 560 N
P2= 280 N
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M= 280 * 100 Nmm
Fig. 40 (Distribución de fuerzas cortantes en la placa fija)
Fig. 41 (Distribución de momentos en la placa fija)
(35)
(36)
b= 46.5 – 15.87 = 30.63 mm
Acero inoxidable 304:
Sy= 207 Mpa = 30 Ksi
Sut= 552 Mpa = 80 Ksi
(37)
No existen placas comerciales de 7.3 mm se opto por una opción comercial de ½ in = 12.7 mm
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Aceptable
Diseño dinámico:
Fuerzas de 0 a 280 N
(38)
(39)
Como entonces:
(40)
Se´ Límite de fatiga experimental en condiciones ideales.
ko Factor de concentración de tensiones.
kf Factor de acabado superficial.
ks Factor de tamaño.
kr Factor de confiabilidad.
kt Factor de temperatura.
km Factor de efectos varios.
(41)
(42)
Kc= Concentración de tensión
qn= Falla de sensibilidad de la muesca
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Fig. 43 (Factor de concentración en barra plana) [9].
Kc= 1.4
qn= 1 (muesca sensible)
(43)
kf factor de acabado superficial
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Fig. 44 (Factor de superficies para acabados de acero) [9].
kf= 0.9
ks de tamaño:
(44)
(45)
(46)
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kr= 0.9 por una confiabilidad del 90%
kt= 1 (para temperatura de 20°C)
km= 1 efectos varios
(47)
DISEÑO DE EJES GUIA:
Fig. 45 (Distribución de fuerzas en los ejes de la mordaza fija)
El peso de la placa y mordaza fija son despreciables en comparación al la fuerza que afecta al eje.
F=280 N
Mf= 28 Nm
Tracción:
(48)
Flexión:
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Teoría de fallas:
(49)
Podemos aproximar a un eje comercial de 5/8 de in
(50)
Podemos aproximar a un eje comercial de 1 in.
DISEÑO DINAMICO:
Tracción:
Flexión:
(51)
Kc= Concentración de tensión
qn= Falla de sensibilidad de la muesca
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Fig. 46 (Factor de concentración de esfuerzos para ejes a flexión) [9].
Kc= 1.95
qn= 1 (muesca sensible)
(52)
kf factor de acabado superficial
kf= 0.9
ks de tamaño:
(53)
kr= 0.9 por una confiabilidad del 90%
kt= 1 (para temperatura de 20°C)
km= 1 efectos varios
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Diseño de de bocines de desplazamiento de placa móvil:
Fig. 47 (Diseño de bocín) [8].
Se recomienda que el ancho del bocín 2.5 a 3 veces el diámetro del eje.
F=57.084 Kg
Carrera de 50mm
Peso total= 57.084 + 2.88 + = 59.964 = 60 Kg
Con esta fuerza procedemos a escoger el pistón con el que vamos accionar la mordaza:
Carrera = 50 mm
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Para esto vamos a realizarlo por medio del programa de simulación PropNeu.
Fig. 48 (Parámetros del sistema para selección del cilindro PropNeu) [7].
Fig. 49 (Selección del tipo de cilindro PropNeu) [7].
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Fig. 50 (Optimización de resultados y selección de amortiguador PropNeu) [7].
Fig. 52 (Resultado del funcionamiento del pistón con los elementos seleccionados PropNeu) [7].
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Pistón
ADN-20-50-A-P-A
Fig. 53 (Pistón doble efecto para mordaza móvil del mecanismo de cortado y sellado)
Características Propiedades
Carrera 50 mm
Diámetro del émbolo 20 mm
Rosca del vástago M8
Amortiguación P: Amortiguación por tope elástico/placa a
ambos lados
Posición de montaje indistinto
Corresponde a la norma ISO 21287
Extremo del vástago Rosca exterior
Detección de la posición Para detectores de posición
Variantes vástago simple
Presión de funcionamiento 0,6 ... 10 bar
Forma de funcionamiento De efecto doble
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:4:4]
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con lubricación
(necesaria en otro modo de
funcionamiento)
Temperatura ambiente -20 ... 80 °C
Energía del impacto en las posiciones finales 0,2 J
Fuerza teórica con 6 bar, retroceso 141 N
Fuerza teórica con 6 bar, avance 188 N
Tipo de fijación a elegir:
con taladro pasante
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con rosca interior
con accesorios
Conexión neumática M5
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material de la tapa Aleación forjable de aluminio
anodizado
Información sobre el material de las juntas TPE-U(PU)
Información sobre el material del vástago Acero de aleación fina
Información sobre el material de la camisa del
cilindro
Aleación forjable de aluminio
Anodizado deslizante
Tabla 28: Tabla de características técnicas del pistón doble efecto ProbNeu [7]
Amortiguador
YSRW-12-20
Fig. 54 (Amortiguador de salida de pistón)
Características Propiedades
Tamaño 12
Carrera 20 mm
Amortiguación autorregulable
curva característica blanda
Posición de montaje indistinto
Detección de la posición Sin
Velocidad máxima del impacto 3 m/s
Tiempo de recuperación corto 0,3 s
Tiempo de recuperación largo 1 s
Forma de funcionamiento de simple efecto
compresión
Clase de resistencia a la corrosión KBK 2
Temperatura ambiente -10 ... 80 °C
Carrera de amortiguación 20 mm
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Fuerza máxima del impacto 1.000 N
Consumo máximo de energía por carrera 12 J
Consumo máximo de energía por hora 41.000 J
Energía residual máxima 0,05 J
Fuerza de reposición 5 N
Peso del producto 78 g
Tipo de fijación con contratuerca
Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE
Conforme con RoHS
Información sobre el material de las juntas NBR
Información sobre el material del cuerpo Acero
cincado
Información sobre el material del vástago Acero de aleación fina
Tabla 29: Tabla de características técnicas del amortiguador del pistón ProbNeu [7]
Racor:
QSM-M5-3
Fig. 55 (Racor de conexión rápida de aire)
Características Propiedades
Tamaño mini
Diámetro nominal 2 mm
Tipo de junta del eje atornillable Junta
Posición de montaje indistinto
Tamaño del depósito 10
Construcción Principio de empuje y tracción
Presión de funcionamiento en función de la
temperatura
-0,95 ... 14 bar
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Manual para el empaquetado de chicles 63
Fluido Aire comprimido según ISO8573-
1:2010 [7:-:-]
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con
lubricación
Clase de resistencia a la corrosión KBK 1
Temperatura ambiente -10 ... 80 °C
Homologación Germanischer Lloyd
Par de apriete máximo 1,5 Nm
Peso del producto 3,4 g
Conexión neumática Rosca exterior M5
para diámetro exterior del tubo
flexible de 3 mm
Color del anillo extractor azul
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material del cuerpo latón
niquelado
Datos sobre el material del anillo de liberación POM
Información sobre el material de la junta del tubo
flexible
NBR
Datos sobre el material del segmento de sujeción del
tubo flexible
Acero inoxidable de aleación fina
Tabla 30: Tabla de características técnicas del racor del pistón ProbNeu [7]
Tubo calibrado exterior, para racores rápidos QS, racores roscados CN y CK de poliuretano:
Fig. 56 (Mangueras de conexión de aire)
Características Propiedades
Diámetro exterior 3 mm
Radio de flexión relevante para el caudal 12 mm
Diámetro interior 2,1 mm
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Radio máximo de curvatura 9 mm
Presión de funcionamiento en función de la
temperatura
-0,95 ... 10 bar
Fluido Aire comprimido según ISO8573-
1:2010 [7:-:-]
Temperatura ambiente -35 ... 60 °C
Homologación TÜV
Peso del producto según la longitud 0,0044 kg/m
Color azul
Dureza Shore D 52 +/-3
Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE
Conforme con RoHS
Información sobre el material del tubo flexible TPE-U(PU)
Tabla 31: Tabla de características técnicas de mangueras de conexión de aire ProbNeu [7]
Electrovalvula:
VUVG-L10-M52-RT-M5-1P3
Fig. 57 (Electrovalvula de mando)
Fig. 58 (Esquema de electroválvula de mando)
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Características Propiedades
Función de las válvulas 5/2 monoestable
Tipo de accionamiento eléctrico
Ancho 10 mm
Caudal nominal normal 220 l/min
Presión de funcionamiento 2,5 ... 8 bar
Construcción Corredera
Tipo de reposición muelle mecánico
muelle neumático
Tipo de protección IP40
IP65
con conector tipo zócalo
Diámetro nominal 3,2 mm
Función de escape Estrangulable
Principio de hermetización blando
Posición de montaje indistinto
Accionamiento manual auxiliar con enclavamiento
mediante pulsador
cubierto
Tipo de control prepilotado
Alimentación del aire de control interno
Presión de control 2,5 ... 8 bar
Desconexión del tiempo de conmutación 19 ms
Conexión del tiempo de conmutación 7 ms
Duración de la conexión 100%
Valores característicos de las bobinas 24V DC: 0,35W con reducción de la
corriente de parada
24V DC: 1W sin reducción de la
corriente de parada
Fluctuación de tensión permisible +/- 10 %
Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010
[7:4:4]
Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de
mando
Opción de funcionamiento con
lubricación (necesaria en otro modo de
funcionamiento)
Limitación de la temperatura ambiente y la
temperatura de medios
-5 - 50 °C
Sin reducción de la corriente de parada
Clase de resistencia a la corrosión KBK 2
Temperatura del medio -5 ... 60 °C
Temperatura ambiente -5 ... 60 °C
Peso del producto 45 g
Conexión eléctrica Mediante placa base eléctrica
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Tipo de fijación a elegir:
Sobre regleta de bornes
con taladro pasante
Conexión neumática 1 M5
Conexión neumática 2 M5
Conexión neumática 3 M5
Conexión neumática 4 M5
Conexión neumática 5 M5
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Información sobre el material de las juntas HNBR
NBR
Información sobre el material del cuerpo Aleación forjable de aluminio
Tabla 32: Tabla de características técnicas de la electroválvula de mando ProbNeu [7]
Calculo del caudal de consumo de aire:
Q= Consumo de aire (NL/min)
d= Diámetro del cilindro (mm)
c= Carrera del cilindro (mm)
n= Numero de ciclos completos por minuto
p= Presión relativa de trabajo + 1 bar
N= Numero de efectos del cilindro
n=60/8.5= 70 ciclos/min
CONSUMO TOTAL DE AIRE DE LOS PISTONES DEL SISTEMA:
Pistón banda 1:
Q= 1.95 l/min * 5= 9.85 L/min
Pistón de cierre lateral de caja:
Q= 0.418 L/min
Actuador de giro:
n= 2.4 ciclos/min
Q=0.011*2.4= 0.0264 L/min
Pistón del mecanismo de cerrado:
n= 60/0.85 = 70 ciclos
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Q=15.4 L/min
Consumo total de aire por el sistema neumático:
Qtotal= 9.85 + 0.418 + 0.0264 + 15.4 = 25.6944 L/min
Selección del aislamiento térmico
Para determinar el aislante térmico es indispensable saber la temperatura termosellable a la que va a
trabajar el equipo automático de sellado térmico de bebidas líquidas.
El aislante térmico seleccionado tiene como función evitar que todo el calor que genera las niquelinas
vertical y horizontal sea transmitido a las paredes de las mordazas ya que este puede calentarse y producir
un sellado térmico de malas condiciones.
En algunos casos se utiliza un sistema de refrigeración para evitar este tipo de calentamiento hacia las
paredes las mordazas. En este caso hemos creído suficiente la selección del aislante térmico para evitar
dicho inconveniente.
Fig. 59 (Disposición de aislamiento técnico)
Fig. 60 (Niquelina para corte y sellado horizontal)
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Manual para el empaquetado de chicles 68
Niquelina:
Niquelina Potencia (W) Temperatura (°C)
Horizontal 600 120
Tabla 33: Tabla de características térmicas de la niquelina.
Niquelina Voltaje (V) Corriente (A) Potencia (W)
Horizontal 12 50 600
Tabla 34: Tabla de características eléctricas de la niquelina.
Características de los polímeros:
Material Rango de temperatura para corte y sellado (°C)
Polimetalcrilato 100 – 150
Polietileno lineal 120 – 160
Polietileno de alta densidad 80 – 120
Polietileno ramificado 130 – 180
Polivinil 90 – 120
Polipropileno metalizado. 120 – 135
Tabla 35: Tabla de características térmicas de los polímeros.
Formulas:
Niquelina Horizontal:
(54)
(55)
Área de la base de aluminio= 80 * 26= 0.00208 m2
Área de la niquelina= 80 * 4= 0.00032 m2
q= 600 W
ex= 0.0000985=0.098 = 1mm
El espesor de banda de mica aislante tendrá que tomar para conseguir una temperatura prudente en
la lámina de aluminio de 30 °C.
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Manual para el empaquetado de chicles 69
Niquelina vertical:
Fig. 60 (Niquelina para sellado vertical)
Formulas:
Niquelina Horizontal:
Área de la base de aluminio= 110 * 26= 0.00286 m2
Área de la niquelina= 110 * 4= 0.00044 m2
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Manual para el empaquetado de chicles 70
q= 600 W
ex= 0.0001594=0.1594 mm = 1mm
El espesor de banda de mica aislante tendrá que tomar para conseguir una temperatura prudente en
la lámina de aluminio de 30 °C.
DETECTORES DE PROXIMIDAD DE LOS CILINDROS:
SME-10M-ZS-24V-E-10-L-OE
Fig. 61 (Detectores de proximidad magnéticos (fines de carrera))
Características Propiedades
Construcción para ranura redonda
Corresponde a la norma EN 60947-5-2
Homologación C-Tick
Marcado CE (ver declaración de conformidad)
Según la normativa UE sobre EMC
Indicación sobre el material Cable sin halógenos Cable resistente al aceite Exento de cobre y PTFE Conforme con RoHS
Magnitud de la medición Posición
Principio de medición magnético Reed
Temperatura ambiente -40 ... 70 °C
Salida bipolar, con contacto
Fu|nción del elemento de conmutación contacto de trabajo
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Manual para el empaquetado de chicles 71
Precisión de repetición de la salida de conexión en ± mm
0,1 mm
Tiempo de conexión <= 1,2 ms
Tiempo de desconexión <= 1 ms
Frecuencia máxima de conmutación 50 Hz
Corriente máxima de salida 300 mA
Capacidad de conmutación AC máxima 9 VA
Rendimiento DC máximo de conmutación 9 W
Anticortocircuitaje no
Resistencia a sobrecargas no existente
Tensión de servicio calculada CC 24 V
Margen de tensión de funcionamiento AC 5 ... 30 V
Margen de tensión de funcionamiento DC 5 ... 30 V
Polos inconfundibles no
Conexión eléctrica 2 contactos 3 contactos Cable Cable con conector M12 M8x1 Collarín elástico Rosca giratoria Final abierto
Condiciones de control línea Cadena de arrastre: 5 millones de ciclos, radio de curvatura 28 mm Resistencia a la torsión: > 300 000 ciclos, ±270°/0,1 m Resistencia a la flexión alternante según la norma Festo Condiciones de control a pedido
Longitud del cable 0,2 ... 10 m
Característica de la línea Cadena de arrastre+robot
Información sobre el material de la cubierta del cable
TPE-U(PU)
Tipo de fijación Fijado con tornillos Montaje en la ranura por arriba
Par de apriete máximo 0,4 Nm
Posición de montaje indistinto
Información sobre el material del cuerpo refuerzo PA Acero inoxidable de aleación fina
Indicación del estado LED amarillo
Temperatura ambiente con cableado móvil -20 ... 70 °C
Tipo de protección IP65 IP68
Tabla 36: Tabla de características técnicas de detectores de proximidad magnéticos [9]
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Manual para el empaquetado de chicles 72
Sensor óptico de Barrera fotoeléctrica horquilladla:
Fig. 62 (Esquema eléctrico del detector óptico de horquilla (NPN))
Fig. 63 (Sensor óptico físico)
Características Propiedades
Homologación C-Tick c UL us - Listed (OL)
Marcado CE (ver declaración de conformidad) Según la normativa UE sobre EMC
Indicación sobre el material Conforme con RoHS
Magnitud de la medición Posición
Principio de medición optoelectrónico
Mètodo de medición Barrera fotoeléctrica ahorquillada
Tipo de luz Rojo
Diámetro mínimo de objeto 0,3 mm
Temperatura ambiente -10 ... 60 °C
precisión de repetición 0,03 mm
Salida NPN
Función del elemento de conmutación conmutable
histéresis <= 0,25 mm
Frecuencia máxima de conmutación 2.000 Hz
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Corriente máxima de salida 100 mA
Anticortocircuitaje ciclos
Margen de tensión de funcionamiento DC 10 ... 30 V
Ondulación residual 10 %
Intensidad en reposo 30 mA
Polos inconfundibles Para la conexión de la tensión de funcionamiento
Conexión eléctrica 3 contactos M8x1 Conector
Par de apriege máx. conector tipo clavija 0,3 Nm
Tamaño Horquilla 50x55 mm
Ancho de horquilla 50 mm
Par de apriete máx. 1 Nm con rosca interior 4 Nm con taladro pasante de fijación 3 Nm accesorios
Peso del producto 30 g
Información sobre el material del cuerpo PC
Indicación del estado LED amarillo
Posibilidades de regulación Teach-In
Tipo de protección IP67
Tensión de aislamiento 50 V
Resistencia a la tensión de choque 0,8 kV
Clase de resistencia a la corrosión KBK 0
Grado de ensuciamiento 3
Tabla 37: Tabla de características técnicas de detectores de los detectores ópticos de horquilla [9]
Selección de las bandas de arrastre
El plástico podrá pasar por el formador gracias a la tracción ejercida por el sistema de bandas de arrastre ya
que este sistema impone las mejores propiedades de deslizamiento de la cara interna del material.
Las bandas de arrastre [10] de ninguna manera deben deslizar respecto a sus poleas al momento de la
tracción del material, por lo que se decidió utilizar bandas de sincronización. Además, se requiere un
elevado coeficiente de rozamiento con respecto al material arrastrado, por lo que la banda debe tener un
recubrimiento de algún material abrasivo o tener labrado.
Considerando el diámetro del tubo de alimentación, se decidió utilizar una banda de 15mm de ancho de
paso métrico T5
A partir del paso de la banda, se seleccionó la polea 21-T5-10, donde: 10 es el número de dientes. El
cálculo del diámetro de paso de la polea está determinado por la ecuación.
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 74
Tabla 38 (Selección de la polea para el sistema de arrastre)
Fig. 64 (Selección de la banda para el sistema de arrastre)
Siendo el número de dientes Z = 10.
Como se necesita una relación de transmisión 1:1, la distancia entre centros se determina a partir de la
ecuación: , determinando que la longitud de la banda será de 190 mm.
(56)
Fig. 65 (Detalle de las bandas de arrastre)
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Manual para el empaquetado de chicles 75
Selección del motor-reductor para el mecanismo de arrastre
Análisis de la cinética del sistema
Con el objetivo de determinar la velocidad angular de las poleas dentadas necesarias para satisfacer los
requerimientos de producción, se desarrolló un análisis cinemático del sistema de arrastre. Por cuestiones
de diseño, se consideró inicialmente que no existe aceleración, es decir que el plástico baja con velocidad
constante. De esta manera:
Donde:
V: Velocidad del plástico [m/s]
L: Distancia a ser arrastrada [m]. (Longitud de la bolsa)
t: Tiempo de arrastre [seg.]
Fig. 66 (Longitud de la bolsa necesaria a ser arrastrada)
Y con los tiempos de arrastre establecidos anteriormente se determina la velocidad:
La velocidad angular con que giran las poleas dentadas está dada por:
(57)
Donde:
ω: Velocidad angular de las poleas dentadas [rad/s.]
V: Velocidad lineal del plástico [m/s]
r: Radio de las poleas dentadas considerando el espesor de la banda [m].
r= 9.75mm + 1mm = 10.75 mm
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Manual para el empaquetado de chicles 76
Una vez conocidas las revoluciones para abastecer de la envoltura necesaria para el empaquetado se
procede a la selección del motor el cual es un DC ya que la aplicación requiere de una baja potencia.
Fig. 67 (Selección del motor eléctrico DC marca Bosh)
Además se requiere de un reductor con relación de transmisión con la finalidad de obtener las RPM
necesarias, de esta manera se seleccionó basándose en la relación de transmisión.
Fig. 68 (Selección del reductor con relación de transmisión marca REM)
Cálculo de la potencia para jalar el plástico.
A partir de la fuerza necesaria para jalar el plástico, la misma que implica vencer la acción del freno, la
inercia del rollo plástico y el rozamiento. Se determina la potencia.
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Manual para el empaquetado de chicles 77
Fig. 69 (Fuerzas que actúan en el arrastre del material)
La fuerza de rozamiento entre las bandas y la cara impresa del plástico (Fr1) es la encargada del arrastre del
plástico. Esta fuerza debe ser siempre mayor que la fuerza de rozamiento entre el tubo formador y la cara
interna del plástico (Fr2) para que se produzca deslizamiento del material.
(58)
Donde:
: Coeficiente de rozamiento entre la banda y el plástico u=0.7
: Coeficiente de rozamiento entre el plástico y el tubo formador, u=0.2
N: Fuerza normal generada por la presión que ejercen las bandas de arrastre sobre el plástico y a su vez
sobre el tubo formador.
Fig. 70 (Diagrama de distribución de los cilindros para tensión del plástico)
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 78
Se determina la aceleración angular del motor partiendo de:
(59)
t: Tiempo de aceleración. [seg]; Por cuestiones de diseño se considera t=0.1s
En el análisis cinemático se calculó la aceleración angular de las poleas dentadas, con este valor se
determina la aceleración tangencial del plástico.
(60)
Donde:
at: Aceleración lineal del plástico [m/s2]
rp: Radio de la polea dentada considerando la banda [m]
Suponiendo que esta aceleración permanece constante en todo el trayecto del plástico, se calcula la
aceleración angular del rollo con la ecuación:
Donde es dato entregado por el fabricante [m].
Ancho rollo = 65 mm.
Peso de rollo = 7,25 Kg.
Para determinar la inercia del portabobina incluido el rollo de plástico se utilizó el software de diseño
SolidWorks. A continuación se presentan los resultados obtenidos:
I del rollo de polipropileno (g*mm2) = 148258344.93
I del tubo portabobina (g*mm2) = 21409.46
I del eje portabobina (g*mm2) = 1554433.87
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 79
I total (g*mm2) = 149834188.26
I total (Kg*m2) = 0.149834188
Se remplaza los valores en la siguiente ecuación:
(61)
Fig. 71 (D.C.L. con la fuerza de arrastre)
Fig. 72 (D.C.L. a la entrada del tubo formador)
Finalmente se obtiene la potencia necesaria para el arrastre de la funda.
(62)
Análisis de esfuerzos y fatiga para la flecha del rollo del polipropileno biorientado.
Fig. 73 (Diagrama de cuerpo libre del eje del rollo)
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
Manual para el empaquetado de chicles 80
(AH+)
(63)
Fig. 74 (Diagrama del eje con la carga del rollo)
(64)
20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]
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Límite a la fatiga:
Resistencia a la fatiga
(65)
C carga = 1 (Flexión)
C tamaño =
C superficie =
C temp = 1 (trabaja a temperatura de 20 °C)
C confiabilidad = 0.659 (con % de confiabilidad 99.999%)
Se = 1*(0.854)*(0.921)*1*(0.659)*200 Mpa = 103.67
Los cálculos realizados dan como resultado un factor de seguridad elevado lo que indica que el rodillo
seleccionado es más que adecuado y óptimo ya que la aplicación en la que se va a implementar no es muy
exigente. Se podría reducir el factor de seguridad cambiando el tipo del material, sin embargo se mantiene
con el acero inoxidable ya que es el más adecuado para estar en contacto directo con productos
alimenticios.
Alimentación neumática
Además se realizó un estudio para determinar la infraestructura de la alimentación neumática.
El sistema a diseñar consta de una tubería primaria de la cual saldrán cinco ramificaciones para la
alimentación de cinco equipos detallados a continuación con el consumo en lt/min de cada uno y la presión
requerida en bar para su funcionamiento:
No Elementos
Presión requerida [bar] Consumo Cant.
Consumo Final
bar psi lt/min pcm lt/min pcm
1 Piston 6 87 1.97 0.07 5 9.85 0.35
2 Piston 6 87 0.21 0.01 2 0.42 0.02
3 Piston 6 87 15.40 0.54 1 15.40 0.54
4
Actuador de
Giro 6 87 0.03 0.001 1 0.03 0.001
TOTAL 25.69 0.92
Tabla 39: Descripción de equipos a ser alimentados
Como el consumo para este sistema es mínimo se estima un consumo de 1 pcm
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Dimensionamiento de la tubería principal
Para esta instalación neumática se utilizará una lista de las tuberías de acero cédula 40 disponibles. Se
asume un diámetro de 1’ para realizar los cálculos y ver si este dimensionamiento cumple con los
requerimientos de pérdidas de energía menores al 10% de la presión suministrada.
DIMENSIONES DE TUBERÍAS DE ACERO
Cédula 40
Fig. 75 (Dimensiones de tuberías de acero. Cédula 40)
El diámetro interior de la tubería es de y el area es de . A continuación se
plantea la ecuación de Bernoulli entre la salida del compresor hasta la entrada de la máquina para
determinar la caída de presión:
(66)
En el diseño se pretende tener una P1 similar a P2, el cambio en el peso específico del aire es despreciable
por lo que se asume que . Este valor se obtiene de realizando el siguiente cálculo, asumiendo
condiciones de trabajo de 100 psi y 80 F. [4]
Las alturas se cancelan en la ecuación de Bernoulli ya que la variación de altura no produce un cambio
significativo en la presión, y las velocidades se anulan porque el tamaño de la tubería va a ser el mismo,
dando la misma velocidad. La ecuación simplificada se muestra a continuación:
(67)
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Siendo P1 la presión en el compresor. Las pérdidas de energía están representadas por hL, para encontrar
este valor se utiliza la ecuación de Darcy, en la cual se incluyen los efectos de las pérdidas menores:
(68)
Donde es la relación de la longitud de la tubería principal al diámetro de flujo y
es la carga de
velocidad. La longitud de la tubería principal es de L=14 m ó L=551.12 in. Con estos datos se calcula la
longitud equivalente de la tubería utilizando su diámetro:
De igual manera se calcula las longitudes equivalentes de las válvulas y acoples que se encuentran en la
tubería principal, los cuales generan pérdidas menores.
Fig. 76 (Resistencia de válvulas y acoplamientos, expresadas como longitud equivalente en diámetros de
tubería Le/D)
RESISTENCIA DE VÁLVULAS Y ACOPLAMIENTOS COMO LONGITUD
EQUIVALENTE
Tipo Cantidad
Válvula de compuerta abierta completamente 2 8 16
Codo estándar a 90 6 30 180
Te estándar con flujo a través de un tramo 1 20 20
Te estándar con flujo en el ramal 1 60 60
Total 276
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La velocidad del flujo v se calcula con la ecuación de la continuidad. Para esto se debe calcular el flujo
volumétrico utilizando el valor de consumo de aire total calculado. El cálculo de las demás componentes de
la ecuación de Darcy se muestra detalladamente a continuación:
(69)
Donde:
Qa = Flujo volumétrico en condiciones reales
Qs = Flujo volumétrico en condiciones estándar
Patm-s = Presión atmosférica absoluta estándar
Patm = Presión atmosférica absoluta real
Pa = Presión real manométrica
Ta = Temperatura absoluta real
Ts = Temperatura absoluta estándar = 520 R ó 288 K
Donde
V = velocidad de flujo
A = Area de la tubería
Carga de velocidad
Factor de fricción
Densidad del aire
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Manual para el empaquetado de chicles 85
Cabe recalcar que la viscosidad dinámica de un gas no cambia mucho con los cambios de presión, por ello
se manejan los datos de la tabla mostrada a continuación, en la cual se muestran diferentes valores de la
viscosidad dinámica del aire a presión atmosférica a diferentes temperaturas. Esto no puede ser asumido de
igual manera con la viscosidad cinemática.
Fig. 77 (Propiedades del aire vs temperatura en unidades del sistema ingles a presión atmosférica)
Número de Reynolds
Rugosidad Relativa
En el diagrama de Moody podemos ingresar los valores de la rugosidad relativa y el número de Reynolds
para obtener el factor f y si este coincide con el factor de fricción para la tubería en sí, la relación L/D para
la tubería se agrega al total Le/D para las válvulas y acoplamientos:
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Fig. 78 (Factor de fricción en zona de turbulencia completa para conductos de acero comercial nuevo y
limpio)
Como los valores obtenidos del diagrama de Moody coinciden con los del ft de la tabla anterior se calcula
una longitud equivalente total:
Una vez obtenido estos valores se halla el valor de las pérdidas de energía con la ecuación de Darcy
(70)
Caída de presión en la tubería:
Presión en el compresor
Como el cambio de presión es menor que el 10% es correcto asumir que el peso específico del aire es
constante. Si ocurriera una caída de presión mayor, habría que volver a diseñar el sistema con el uso de una
tubería más grande, o ajustar el peso específico al promedio de aquellos, al principio y al final del sistema.
Este diseño de sistema parece satisfactorio respecto a la caída de presión.
CÁLCULO DEL COMPRESOR [11]
La principal consideración en la selección de un compresor es la producción de un suministro adecuado de
aire comprimido al mínimo coste, asegurando un servicio permanente. La instalación de un sistema de
generación de aire comprimido precisa una inversión de capital con consiguientes costes de funcionamiento
y mantenimiento. La información en la que se basa la selección debe ser lo más exacta posible.
La mayoría de equipos de aire trabajan a una presión de 80 a 100 psig por lo que es muy común
suministrar una presión principal de 100 psig para poder absorber las pérdidas de carga.
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Factor de Uso
Para el trabajo continuo de una herramienta neumática se necesita un compresor que por lo menos de tanto
aire como consume la o las herramientas. En el presente proyecto se utilizará un factor de uso =1 ya que los
equipos estarán funcionando constantemente.
Factor de simultaneidad
Este factor depende del número de máquinas o herramientas iguales en funcionamiento. Si suponemos que
todas están funcionando simultáneamente, el consumo es tan grande como la suma de cantidades de aire
que ellas consumen. Es fácil comprender que tal simultaneidad solamente ocurre en muy pocas ocasiones y
nunca durante largos periodos de tiempo. Al contrario, hay un desfase entre los periodos en que cada una
esta en funcionamiento.
La capacidad de cada herramienta para iniciar su operación de trabajo después de la otra, aumenta con el
número de herramientas iguales, en vez de acumularse la cantidad de aire en todas ellas.
Fig. 79 (Factor de Simultaneidad)
Elementos Cant. Caudal
[pcm]
Factor Uso Factor simult. caudal total
[pcm]
Cilindro banda 1 5 0.07 1 0.8 0.28
Cilindro banda 2 2 0.01 1 0.9 0.018
Actuador de giro 1 0.001 1 0.95 0.00095
Cilindro sellador 1 0.54 1 0.95 0.513
Total pcm 0.81195
Tabla 41: Descripción de los elementos a utilizar
Un compresor que suministre aproximadamente 1 pcm puede considerarse suficiente para esta instalación.
Sin embargo, es necesario hacer prever un aumento para dar cabida a una ampliación de la producción en el
futuro con el consiguiente aumento de herramientas neumáticas y un caudal perdido por fugas de aire. Este
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aumento no debe ser inferior al 50% para hacer posible la adquisición sucesiva de herramientas
complementarias que siempre está relacionada con una nueva planta.
La presión del compresor es aproximadaente 90 psi la cual se la puede aproximar a 100 psi. Esta presión es
mayor a la presión de trabajo de los equipos.
Con los datos obtenidos podemos ir hacia la siguiente tabla para escoger el compresor que cubra nuestras
necesidades. Caudal=1.2m3*h, presión=6.89 bar
Fig. 80 (Selección de Compresores) [7]
Según los requerimientos del sistema el compresor recíproco de una etapa es el adecuado para esta
aplicación, mas estos compresores resultan un poco costosos con referencia al compresor centrífugo de una
etapa, por lo que se seleccionará este, ya que el punto de operación de nuestro sistema tambien se encuentra
dentro del rango de trabajo de este.
MODELO 3D
Una vez realizados todos los cálculos se realiza el modelo 3D con los valores de las tuberías y dimensiones
del pulmón de aire del sistema. Este diseño se lo realiza con la ayuda de programas de dibujo asistido por
computador, en este caso AutoCad.
Además se realizaron estudios de ciertas piezas para analizar el comportamiento de los mismos durante el
funcionamiento de la máquina, para lo cual se utilizó como herramienta el Solidworks los cuales se
encuentran en los Anexos.
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ANÁLISIS DE COSTOS
Costos de Producción del Equipo
Es importante realizar un análisis económico para poder determinar el valor de la inversión en el diseño y
construcción del equipo.
Costos directos
Al realizar un estudio de costos directos debe considerarse los siguientes aspectos: Materiales, equipos,
herramientas, mano de obra, transporte, varios.
Tabla 41. (Costo de Metales por Kilogramo)
Con el costo por kilogramo de los materiales que se van a utilizar podemos calcular de manera precisa el
valor total de la materia prima de las diferentes piezas diseñadas.
COSTO DE MATERIAL POR KG
MATERIAL COSTO POR KG [$]
ACERO A-36 2.7
ACERO A-304 9.5
ACERO AISI 1035 4.5
ACERO 7210 4.5
ALUMINIO A-1060 22
GRILON PA TIPO 6 32
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Costos Directos
COSTO DE MATERIALES PARA LA CONTRUCCIÓN DE PIEZAS
CÓDIGO DE PIEZA
DESCRIPCION CANT PESO UNITARIO [gr]
MATERIAL PESO TOTAL [Kg] COSTO MATERIAL DE PIEZAS
ABT1_A04 Soporte de amortiguador 5 1.06 ACERO A-36 0.0053 0.01 ABT1_C02 Soporte de Cámara 5 125.66 ACERO A-36 0.6283 1.70 ABT1_D01 Desechador 5 35.96 ACERO A-304 0.1798 1.71
ABT1_M02 Mesa de Bandas 1 33148.52 ACERO A-36 33.14852 89.50
ABT1_M03 Fijador de Mesa 8 69.3 ACERO A-36 0.5544 1.50 ABT1_P04 Soporte uña 5 24.63 ACERO AISI 1035 0.12315 0.55 ABT1_P05 Uña 5 22.65 ACERO 7210 0.11325 0.51 ABT1_S02 Soporte Solenoide 5 19.04 ACERO A-36 0.0952 0.26 ABT1_T01 Trinquete 5 105 ACERO 7210 0.525 2.36
ABT1_T02 Eje Trinquete 5 124 ACERO A-304 0.62 5.89
ABT1_T04 Manga Eje 5 4.78 ALUMNIO A-1060 0.0239 0.53
ABT2_AG11 Soporte Actuador de Giro 1 117.55 ACERO A-36 0.11755 0.32
ABT2_AG12 Palanca Actuador Giro 1 7.6 GRILON POLIAMINA TIPO 6 0.0076 0.24
ABT2_M02 Mesa Banda 2 1 5278.93 ACERO A-36 5.27893 14.25
ABT2_P05 Soporte Pistón de Cierre 1 1500 ACERO A-36 1.5 4.05
ABT2_P06 Soporte pistón de Cierre 1 1087.86 ACERO A-36 1.08786 2.94
BT1_S03 Soporte de la banda 1 20 28.06 ACERO A-36 0.5612 1.52 BT2_S03 Soporte de la banda 2 4 38.07 ACERO A-36 0.15228 0.41
TC1_T001 Tubo de arrastre 1 79.19 ACERO A-304 0.07919 0.75 ABT2_P08 Placa vertical de cierre 2 70.18 ACERO A-36 0.14036 0.38 ABT2_P07 Placa horizontal de cierre 1 131.13 ACERO A-36 0.13113 0.35 CST_R01 Eje templado de plástico 5 613.64 ACERO 7210 3.0682 13.81
CST-R04 Placa soporte ejes funda 1 20000 ACERO A-304 20 190.00 CCON_S01 Placa pistón sellado 1 151 ACERO A-36 0.151 0.41
TC1 E001 Rampa de alimentación 1 908.55 ACERO A-304 0.90855 8.63
CCON_S02 Soporte sellador horizontal 2 425 ACERO A-36 0.85 2.30
TOTAL 344.87
Tabla 42. Costo de Elementos por materiales
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LISTA DE ELEMENTOS POR ADQUIRIR
ELEMENTO CANTIDAD PRECIO UNITARIO
PRECIO TOTAL
SENSORES
Detectores de proximidad magnético 11 16 176
Sensor Óptico 7 23 161
ACTUADORES
Solenoide 5 10 50
Actuador de giro 1 79 79
Pistón Simple efecto 5 50 250
Pistón doble efecto 2 65 130
Electroválvula biestable 3 142 426
Electroválvula monoestable 5 80.2 401
Motor 2 15 30
Servomotor 1 800 800
ALIMENTACIÓN NEUMATICA
Conectores codo Electroválvulas 11 2.5 27.5
Manguera para electroválvulas 10 2 20
Silenciador de bronce 8 2 16
Codo 90 1in 7 5 35
Tee 1in 1 5 5
Válvula de Globo 2 5 10
Compresor Aire 1 900 900
Tubo Galvanizado 10 60 600
MATERIALES ELECTRICOS
PLC 1 260 260
Breaker 1 8 8
Porta fusible y fusible 2 5 10
Lámparas Indicadoras 1 2 2
Pulsadores 9 3 27
Selector de posición (ON-OFF) 1 4 4
Tablero de Control 1 40 40
Cámara 5 400 2000
Servo driver 1 300 300
Cable eléctrico 10 2 20
OTROS
Amortiguador 5 25 125
Sistema de Banda Transportadora (Chicles) 5 975 4875
Perfiles de banda (Chicles) 150 1 150
Cinta banda transportadora (Chicles) 5 150 750
Sistema de banda transportadora (Caja) 1 1110 1110
Perfiles de Banda (Caja) 1 2 2
Cinta banda Transportadora (Caja) 1 160 160
Sistema de bandas arrastre 2 30 60
Sistema cortado y sellado horizontal 1 150 150
Sistema de sellado vertical 1 100 100
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Tubo acero inoxidable 1 30 30
TOTAL 14299.5
Tabla 43. Lista de elementos por adquirir y sus precios
COSTOS DE MAQUINARIA Y EQUIPO UTILIZADOS
NO Descripción Horas-Equipo Costo-Hora Costo Total
1 TORNO 6 12 72
2 FRESA 10 4 40
3 LIMADORA 2 8 16
4 CORTE (PLASMA) 24 3 72
5 SOLDADORA TIC 10 8 80
6 TALADRO 4 2 8
7 AMOLADORA 2 1 2
8 DOBLADORA 3 1 3
9 HERRAMIENTA MANUAL 20
10 OTROS EQUIPOS 20
TOTAL 333
Tabla 44. Costos de maquinaria y equipos utilizados para la fabricación de partes
COSTOS DE MANO DE OBRA
NO Descripción Horas-Equipo Costo-Hora Costo Total
1 Mecánico Industrial 51 4 204
2 Tenido Electrico-Electronico 10 4 40
3 Soldador 10 2 20
TOTAL 264
Tabla 45. Costos de mano de obra
VALOR TOTAL COSTOS DIRECTOS
DETALLE VALOR USD
Costo de Maquinaria y Equipo utilizado 333.00
Costo Personal de ensamble 264.00
Costo de los elementos fabricados 344.87
Costo de los elementos comprados 14299.50
TOTAL 15241.37
Tabla 46. Valor total costos Directos
VALOR TOTAL COSTOS INDIRECTOS
DETALLE CANTIDAD [% CD] VALOR USD Imprevistos 5 762.07
TOTAL 762.07
Tabla 47. Valor total costos Indirectos
COSTOS TOTALES
La suma de los costos directos más los costos indirectos equivalen a los costos totales. A
continuación se muestra el valor de costos totales.
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COSTOS TOTALES
COSTOS DIRECTOS 15241.37
COSTOS INDIRECTOS 762.07
TOTAL 16003.44
Tabla 48. Costos Totales
ANÁLISIS DE COSTOS POR OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
Mediante la toma de datos estadísticos en un tiempo considerable de funcionamiento del equipo se
obtiene un análisis de los costos de operación y mantenimiento.
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ANÁLISIS DE CONSUMO ENERGÉTICO
Elemento Descripción Cantidad Potencia (W)
Uso diario (horas)
KWh diarios
KWh mensual
Costo tarifa ($/KWh)
Costo diario ($)
Costo mensual ($)
Compresor 1 2238 8 17.904 537.12 0.08 1.43232 42.9696
Electroválvulas
Monoestable (1 bobina)
6 1 8 0.048 1.44 0.08 0.00384 0.1152
Biestable (2 bobina)
6 1 8 0.048 1.44 0.08 0.00384 0.1152
Sensores magnéticos
18 9 8 1.296 38.88 0.08 0.10368 3.1104
Sensores ópticos
7 5 8 0.28 8.4 0.08 0.0224 0.672
Servodrive 1 20 8 0.16 4.8 0.08 0.0128 0.384
Servomotor 1 30 8 0.24 7.2 0.08 0.0192 0.576
Motor DC 2 5 8 0.08 2.4 0.08 0.0064 0.192
Resistencia Eléctrica
2 600 8 9.6 288 0.08 0.768 23.04
Cámara 5 15 8 0.6 18 0.08 0.048 1.44
Solenoide 5 25 5 0.625 18.75 0.08 0.05 1.5
P.L.C. 1 50 8 0.4 12 0.08 0.032 0.96
TOTAL ($):
2.50248 75.07
Tabla 49. Análisis de consumo energético
OTROS
Depreciación
La depreciación es la pérdida de valor contable que sufren los activos fijos por el uso a que se les somete y
su función productora de renta. En la medida en que avance el tiempo de servicio, decrece el valor
contable de dichos activos.
La vida contable de un activo fijo depreciable comienza desde la fecha en que la empresa lo compra y lo
empieza a explotar económicamente hasta la fecha en que se cumple su depreciación total.
El método de depreciación en línea recta es el método más utilizado y con este se supone que los activos
se usan más o menos con la misma intensidad año por año, a lo largo de su vida útil; por tanto, la
depreciación periódica debe ser del mismo monto. Aplicando este método al equipo diseñado se tiene una
depreciación anual de:
DEPRECIACIÓN ANUAL DEL EQUIPO
Año Depr. Anual (USD) Depr. Acum (USD) Valor de Máquina
0 0 0 15241.37
1 3048.27 3048.27 12193.10
2 3048.27 6096.55 9144.82
3 3048.27 9144.82 6096.55
4 3048.27 12193.10 3048.27
5 3048.27 15241.37 0.00
Tabla 50. Depreciación anual del equipo
COSTOS FIJOS Y VARIABLES DE FUNCIONAMIENTO (MENSUAL)
Concepto Costos Fijos Costos Variables
Consumo Energético - 75.07
Operario 300 -
Grasa o Aceite - 10
Aceite Neumático - 10
Materiales para limpieza 12 -
Depreciación 254.02 -
TOTAL 566.02 95.07
Tabla 51. Costos fijos y variables de funcionamiento
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COSTO TOTAL DE FUNCIONAMIENTO (MENSUAL)
Costos fijos 566.02
Costos variables 95.07
TOTAL 661.10
Tabla 52. Sumatoria de los costos fijos y variables
TASA DE PRODUCCION
La tasa de producción es la cantidad de artículos o servicios que se realizan en cierta cantidad de
tiempo. A continuación se muestra el cálculo para la tasa de producción de la máquina diseñada.
TIEMPO DE PRODUCCION
Proceso Tiempo
Caída banda 1 0.85
Llenado de funda 0.85
Llenado de caja 25.2
Sellado de caja 3.6
TOTAL 30.5
Tabla 53. Tiempo de cada uno de los procesos.
La tasa de producción es igual a las horas laborales de la máquina dividida para el mayor tiempo de los
diferentes procesos, en nuestro caso este proceso es el llenado de cajas. Este valor es el númer de cajas
que se podrían producir al día en un horario laboral de ocho horas. Este valor multiplicado por los dias
laborales nos da la producción mensual, el cual al ser dividido para la sumatoria de gastos nos da como
resultado el costo que se va a incrementar a la materia prima o producto.
CALCULO COSTO PROCESO EMPACADO
HL 28800
# Cajas diaria 1142.857143
# Cajas mensual 34285.71429
Costo proceso empacado 0.02
Tabla 54. Calculo costo proceso empacado
Del cálculo anterior se puede ver que el costo del proceso de empacado es de 2 cvs por caja de 24
unidades. Esto resulta ser muy beneficioso porque casi no afecta al costo final de produccion de la goma
de mascar tipo bola.
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CALCULO DE UTILIDAD MENSUAL
COSTO MATERIA PRIMA
DETALLE CANTIDAD PRECIO
Carton Impreso (unidades) 34300 6860
Envoltura Impresa (kg) 20 120
Goma base (Kg) 10000 50000
Gastos mensuales 661.10
Tabla 55. Costo materia prima
INGRESO MENSUAL
Produccion mensual 34285.71429
Ingreso mensual 66857.14286
Tabla 56. Ingreso Mensual
UTILIDAD ($) 9216.05
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La red de aire comprimido es bastante eficiente; sus pérdidas son bajas y el diámetro de las tuberías es
óptimo. Esta tubería presenta un buen funcionamiento.
Las condiciones estándar de funcionamiento del sistema se escogieron basados en las temperaturas
promedio en el sector de Quito y en la presión generalmente requerida por equipos neumáticos (100psi).
Es necesario hallar un buen equilibrio entre el costo del proyecto y la eficiencia de la tubería, se puede
tener un sistema con pérdida mínima pero este puede resultar bastante costoso (a mayor diámetro de la
tubería menor pérdida).
El compresor escogido es de tipo centrífugo, el cual tiene como ventajas un menor coste inicial, menor
coste de mantenimiento, menor tiempo parado, menor tamaño y masa y tienen motores de alta velocidad
y bajo rendimiento. Las desventajas de este tipo de compresores es que tiene un rango operativo limitado
por golpe de ariete, un límite inferior de caudal, alto coste de potencia de motor y es sensible a cambios
en la composición y densidad del gas con el que trabaja.
La capacidad del pulmón de aire depende principalmente del tiempo de vaciado que se desee del mismo,
este puede tener varias formas. El espesor de pared depende del tipo de acero con el que se lo va a
construir, de la presión que soporta y del factor de soldadura.
El sistema de sellado por pistón es mucho más flexible al realizar su trabajo ya que puede adaptarse a un
cambio por medio de su programación a diferencia del sellado por rodillos, ya que al existir un cambio
estos deben ser remplazados físicamente.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Química volumen (2), Ronald J. Gillespie, pág. 997
Presentación de polímeros masticables, Sara B. G.
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http://www.aniq.org.mx/provinilo/pvc.asp
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[3] polipropileno biorientado
http://www.quiminet.com/articulos/el-polipropileno-biorientado-bopp-y-sus-aplicaciones-31039.htm
Guía Tecnológica Para El Manejo Integral Del Sistema Productivo, Ministerio de agricultura de
Colombiana, pág. 72-75
[4] poliolefinas
http://www.plasticseurope.es/que-es-el-plastico/tipos-de-plasticos/poliolefinas.aspx
Introducción a la química de los polímeros, Raymond B. Charles Seymour, pág. 479-181
[5] Dosificación
Sistema dosificado de dosificación, J. Cáceres, Junio 2009
Equipos y sistemas de dosificación, Original Equipment Manufacturing, pág. 273-276
[6] Isobárico
http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/proceso-isobarico-e-isocorico
Física, Jerry D. y Wilson Anthony J., pág. 413.414
[7] Actuador lineal
http://www.linak.es/Productos/Linear-Actuators.aspx
Actuadores lineales electromecánicos y soportes husillo. Niasa
[8] Propneu
Propneu selección, cálculo y simulación, recuperado de: http://es.scribd.com/doc/91124972/ProPneu
http://www.festo.com/net/en_corp/SupportPortal/InternetSearch.aspx
2012 Automatización industrial mecatrónica
E S C U E L A P O L I T É C N I C A D E L E J É R C I T O
Página 99
[9] Enegía residual
Termotecnia básica para ingenieros químicos: Bases de Termodinámica Aplicada, Antonio de Lucas,
pág. 112
Utilización efectiva de la energía residual en plantas de propulsión, Ramón Ferreira, Rodrigo Pernas
[10] Bandas de arrastre
http://www.molinaro-ltd.com/index.php?id_section=67
Diseño de una máquna empacadora, dosificadora y selladora de fundas para arroz, Eduardo Moreno,
pág. 98-102
Mott. Robert; Mecánica de Fluidos: Pentice Hall 6ta Edición. 2006, APENDICE F, TABLA 10.4, pág
297, APENDICE E, TABLA 10.5, pág 297
Norma INEN de dibujo técnico (ANEXOS)
Asesembly Automation and product design, Geoffrey Boothroyd
Diseño de máquinas, Robert L. Norton
Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, Richard G. Budynas, octava edición
Diseño de una máquina empacadora, dosificadora y selladora de fundas para arroz, Eduardo Moreno y
Tito Velasteguí, Enero 2010
Diseño y construcción de un dosificador y empacador de producto alimenticio molido y seco de 50 gr.,
Emilio Morales, Julio 2010
Diseño, construcción y pruebas de un equipo automático para el sellado térmico, Sócrates Aquino y Luis
Freire, Junio 2009.
2012 Automatización industrial mecatrónica
E S C U E L A P O L I T É C N I C A D E L E J É R C I T O
Página 100
ANEXOS
DATOS EXPERIMENTALES DEL TIEMPO DE CAIDA DEL EMPAQUE DEL CHICLE DESDE LA ETAPA DE CORTE-
SELLADO HASTA LA CAJA DE ALMACENAMIENTO
# de prueba tiempo (seg)
1 0.17
2 0.21
3 0.22
4 0.18
5 0.23
6 0.2
7 0.2
8 0.17
9 0.19
10 0.23
11 0.22
12 0.2
13 0.21
14 0.17
15 0.2
16 0.2
17 0.21
18 0.17
19 0.18
20 0.2
SUMA 3.96
PROMEDIO 0.198