DISEÑO DE UNA MÁQUINA PARA LA ELABORACIÓN DE VELONES GERSON ARMANDO TOVAR SALAZAR 1081411211 GIOVANNY RAMIREZ ACOSTA 1123306236 RODOLFO VALENCIA GALVIS 1093219084 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍAS PEREIRA 2015 DISEÑO DE UNA MÁQUINA PARA LA ELABORACIÓN DE VELONES GERSON ARMANDO TOVAR SALAZAR 1081411211 GIOVANNY RAMIREZ ACOSTA 1123306236 RODOLFO VALENCIA GALVIS 1093219084 Proyecto de grado para obtener el título de Tecnólogo en Mecatrónica Asesor CARLOS ARTURO CATAÑO Ingeniero Mecánico Docente del programa Tecnología Mecánica UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍAS PEREIRA 2015 Nota de Aceptación: _________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _________________________ __________________________ Firma del Presidente del Jurado __________________________ Firma del Jurado __________________________ Firma del Jurado Pereira, 14 de mayo del 2015 AGRADECIMIENTOS Primero agradecemos a Dios por permitirnos seguir adelante y poder realizar este proyecto, también agradecemos muy especialmente al director, el Ingeniero Carlos Arturo Cataño por toda su colaboración en cada etapa del desarrollo de este proyecto. TABLA DECONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 14 1. CONCEPTOS TEÓRICOS GENERALES ........................................................................ 16 1.1 HISTORIA DE LAS VELAS ..................................................................................... 16 1.2 PARAFINA .......................................................................................................... 19 1.3 TIPOS DE PARAFINA ........................................................................................... 20 1.3.1 Parafina liviana ................................................................................. 20 1.3.2 Parafina media .................................................................................. 20 1.3.3 Estearina ........................................................................................... 20 1.4 LA CONTRACCIÓN DE LA PARAFINA .................................................................... 20 1.5 PROPIEDADES FÍSICO-QUIMICAS........................................................................ 21 1.6 SISTEMAS PARA MEDIR TEMPERATURA ............................................................. 21 1.6.1 Termómetro de vidrio ........................................................................ 22 1.6.2 Sensor RTD ...................................................................................... 23 1.6.3 Pirómetro .......................................................................................... 24 1.6.4 Termocupla ....................................................................................... 25 1.6.4.1 Tipos de termocuplas ........................................................................... 26 1.6.4.2 Linealización de la termocupla ............................................................. 27 1.6.4.3 Compensación de cero......................................................................... 28 1.6.4.4 Acondicionamiento de señal para la termocupla ................................. 28 1.6.4.5 Amplificador para la señal de salida del AD594 .................................... 29 1.7 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES .................................................... 31 1.7.1 norma IEC 61311-3 ........................................................................... 33 2. ELEMENTOS DE LA MÁQUINA Y CÁLCULOS DE DISEÑO .......................................... 34 2.1 ANÁLISIS PREVIO ............................................................................................... 35 2.2 TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE LA PARAFINA.............................................. 43 2.2.1 Cálculo del volumen del tanque ........................................................ 44 2.2.2 soporte para el tanque ...................................................................... 48 2.3 SISTEMA DE TRANSFERENCIA TÉRMICA .............................................................. 51 2.3.1 Cálculo de calor requerido para derretir la parafina .......................... 51 2.3.2 Cálculo de la potencia eléctrica de la resistencia ............................. 52 2.3.3 Selección del quemador a gas. ......................................................... 53 2.3.3.1 Calculo del tiempo para derretir la parafina. ........................................ 54 2.4 SISTEMA DE VERTIMIENTO DE PARAFINA ........................................................... 54 2.4.1 Características de válvula neumática ............................................... 55 2.5 MOLDES ............................................................................................................ 55 2.5.1 Cálculo de volumen del molde y masa del velón .............................. 56 2.6 SISTEMA DE ELEVACIÓN Y PERFORACION DEL PABILO ........................................ 57 2.6.1 Elección del motor para el sistema de elevación .............................. 59 2.6.2 Sensor final de carrera ...................................................................... 63 2.6.2.1 Final de carrera a utilizar para el sistema de elevación ......................... 63 2.6.3 Tornillo sin-fin para el sistema de elevación ..................................... 64 2.7 SISTEMA DE BARRIDO DE LA PARAFINA .............................................................. 65 2.7.1 Cilindro neumático ............................................................................ 65 2.7.2 Válvula de control para el cilindro ..................................................... 66 2.7.2.1 Selección de la válvula neumática ........................................................ 68 2.7.2.2 Especificaciones técnicas de la válvula ................................................. 68 2.7.3 Cálculo de la fuerza de avance del cilindro ....................................... 69 2.7.4 Cálculo de la fuerza que debe vencer el cilindro............................... 70 2.8 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ............................................................................. 71 2.8.1 Calculo del volumen de agua para el sistema de enfriamiento ......... 71 2.8.2 Cálculo del calor generado por los moldes ....................................... 72 2.9 ENSAMBLE FINAL ............................................................................................... 73 2.10 EMPAVILADO ................................................................................................... 74 3. CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS ............................................................... 75 3.1 FACTOR DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA ................................................... 75 3.1.1 Cálculo del conductor eléctrico para el motor .................................. 76 3.2 ELEMENTOS DE PROTECCION ELECTRICOS ......................................................... 77 3.2.1 Disyuntor termomagnético ................................................................ 77 3.2.1.1 Cálculo del disyuntor termomagnético para motor .............................. 77 3.2.1.2 Disyuntor termomagnético a utilizar para el motor ............................. 78 3.2.2 Relé térmico ...................................................................................... 78 3.2.2.1 Relé térmico para el motor .................................................................. 78 3.2.3 Contactor .......................................................................................... 78 3.2.3.1 Contactor a utilizar para el motor ........................................................ 78 3.2.4 Relé de estado sólido ....................................................................... 78 3.3 CONTROL DE GIRO DEL MOTOR ......................................................................... 79 3.4 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL DE TERMOCUPLA ........................................... 80 3.4.1 Amplificación de la señal de salida del AD594 ................................. 81 3.4.2 Acondicionamiento y amplificación de la señal de la termocupla ..... 84 3.5 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA ..................................... 84 3.6 CONTROLADOR A UTILIZAR ................................................................................ 85 3.6.1 Programación ladder ......................................................................... 86 3.7 LISTADO DE PIEZAS Y COTIZACIONES .................................................................. 91 3.8 ANÁLISIS DE COSTOS DE FABRICACIÓN............................................................... 92 3.8.1 Costos directos e indirectos de fabricación ....................................... 93 4. PLAN DE MANTENIMIENTO .................................................................................... 95 5. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 97 NOMENCLATURA : Volumen Área Potencia : Densidad : Masa : Caudal : Altura : Velocidad : Aceleración gravitacional : Calor : Potencia : Diámetro interno : Masa ejes : Masa total ejes : Masa Velón : Masa total velón : Fuerza : Distancia : Torque : Diámetro embolo : Diámetro vástago : Presión : Área embolo : Fuerza pala : Fuerza rozamiento : Fuerza total : Corriente : Corriente nominal : Corriente corregida : Factor de corrección : Voltaje : Caída de voltaje : Resistividad : Resistividad del cobre : Longitud del cable : Sección transversal del conductor = Radio interno = Radio externo = Temperatura interna = Temperatura externo LISTA DE FIGURAS. Pág. FIGURA 1. MÁQUINA DE VELONES CON MOLDES...................................................................... 17 FIGURA 2. MÁQUINA PARA DERRETIR PARAFINA. ..................................................................... 18 FIGURA 3. MÁQUINA CON REFRIGERACIÓN. ........................................................................... 18 FIGURA 4. MÁQUINA HIDRÁULICA. ...................................................................................... 19 FIGURA 5. TERMÓMETRO DE VIDRIO. ................................................................................... 23 FIGURA 6. SENSOR RTD.................................................................................................... 24 FIGURA 7. PIRÓMETRO ..................................................................................................... 25 FIGURA 8. TERMOPAR ...................................................................................................... 26 FIGURA 9. GRÁFICA LINEALIZACIÓN TERMOCUPLA. ................................................................... 27 FIGURA 10. EMPALME TERMOCUPLA CON UN CONDUCTOR DE COBRE. .......................................... 28 FIGURA 11. CONEXIÓN DEL AD594..................................................................................... 29 FIGURA 12. AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN. ................................................................. 30 FIGURA 13. ARQUITECTURA DEL PLC. ................................................................................. 32 FIGURA 14. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN LADDER. ................................................................ 33 FIGURA 15. MOLDE PVC. ................................................................................................. 35 FIGURA 16. MOLDE DE PVC SECADO A TEMPERATURA AMBIENTE. .............................................. 35 FIGURA 17. CURVA DE ENFRIAMIENTO A TEMPERATURA AMBIENTE PVC ....................................... 37 FIGURA 18. MOLDE EN ACERO INOXIDABLE. ........................................................................... 37 FIGURA 19. PROCESO DE SECADO. ....................................................................................... 38 FIGURA 20. CURVA DE ENFRIAMIENTO A TEMPERATURA AMBIENTE ACERO .................................... 39 FIGURA 21. PROCESO DE SECADO UTILIZANDO VENTILADOR ....................................................... 40 FIGURA 22. CURVA DE ENFRIAMIENTO CON VENTILADOR ........................................................... 41 FIGURA 23. REFRIGERACIÓN POR AGUA ................................................................................ 41 FIGURA 24. TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARAFINA. ............................................................ 44 FIGURA 25. MEDIDAS DEL TANQUE. ..................................................................................... 45 FIGURA 26. SOPORTE TANQUE............................................................................................ 49 FIGURA 27. ANÁLISIS DE RESISTENCIA PERFIL EN C. .................................................................. 50 FIGURA 28. VÁLVULA DE BOLA NEUMÁTICA. .......................................................................... 54 FIGURA 29. MOLDE PARA VELÓN. ....................................................................................... 55 FIGURA 30. MEDIDAS DEL MOLDE. ...................................................................................... 56 FIGURA 31. SISTEMA DE ELEVACIÓN. .................................................................................... 58 FIGURA 32. SISTEMA DE ORIFICIO PARA PABILO. ...................................................................... 58 FIGURA 33. SISTEMA DE PERFORACIÓN Y ELEVACIÓN. ............................................................... 59 FIGURA 34. MOTOR ELÉCTRICO. ......................................................................................... 63 FIGURA 35. FINAL DE CARRERA. .......................................................................................... 64 FIGURA 36. TORNILLO SIN-FIN. ........................................................................................... 64 FIGURA 37. ELEMENTO DE BARRIDO. .................................................................................... 65 FIGURA 38. CILINDRO NEUMÁTICO. ..................................................................................... 66 FIGURA 39. SÍMBOLO DE LA VÁLVULA. .................................................................................. 67 FIGURA 40. CIRCUITO NEUMÁTICO. ..................................................................................... 67 FIGURA 41. VÁLVULA 5/2 MONOESTABLE. ............................................................................ 68 FIGURA 42. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR AGUA ................................................................. 71 FIGURA 43. ENSAMBLE FINAL DE LA MÁQUINA PARA ELABORACIÓN DE VELONES. ............................ 74 FIGURA 45. CIRCUITO DE CONTROL DE GIRO DEL MOTOR. .......................................................... 80 FIGURA 46. LINEALIZACIÓN DE LA TERMOCUPLA. ..................................................................... 81 FIGURA 47. CIRCUITO DE AMPLIFICACIÓN. ............................................................................. 83 FIGURA 48. CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL DE LA TERMOCUPLA. .......................... 84 FIGURA 49. PLC LOGO RC 230. ......................................................................................... 86 FIGURA 50. CIRCUITO DE CONTROL PARTE 1 DE 4 .................................................................... 87 FIGURA 51. CIRCUITO DE CONTROL PARTE 2 DE 4. ................................................................... 88 FIGURA 52. CIRCUITO DE CONTROL PARTE 3 DE 4 .................................................................... 89 FIGURA 53. CIRCUITO DE CONTROL PARTE 4 DE 4. ................................................................... 90 FIGURA 54. CIRCUITO DE POTENCIA. .................................................................................... 90