Propuesta Proyecto Diseño y Automatización de máquina cortadora de tubo manguera PVC flexible para la compañia Fresenius Medical Care Andina S.A.S.

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1 CORTADORA DE MANGUERA FLEXIBLE 1 Propuesta Proyecto Diseño y Automatización de máquina cortadora de tubo manguera PVC flexible para la compañia Fresenius Medical Care Andina S.A.S. Luis Javier Caro Ramirez. Codigo: lujacar22@hotmail.com, Universidad Distrital Ingenieria en Control Abstract El siguiente documento describe el proceso de diseño e implementación de la automatización de la máquina cortadora de tubo manguera, la cual realiza el corte de manguera PVC que cumple con los lineamientos específicos para ser utilizada en bolsas de diálisis peritoneal APD Y CAPD. En la actualidad existe en la empresa una máquina que realiza este trabajo y cumple de manera adecuada con las expectativas del proceso. A futuro se espera aumentar la producción de este producto con lo cual se necesitara de un equipo con mayor eficiencia en el corte y que a su vez se mejore la tolerancia en las diferentes longitudes de corte, ya que la cortadora actual presenta deficiencia en este tipo de operación. Po ello la empresa Fresenius Medical Care Andina S.A.S a decidido realizar la automatización del equipo existente con el fin de prepararse y tener un equipo que pueda cumplir las expectativas de producción proyectadas. El proyecto se basa en la automatización del sistema de corte y la reducción en las tolerancias de corte de la manguera PVC con el adicional de dar una mayor cantidad de producto por minuto y menor perdida de producto. Además de cumplir con las normas de sanidad necesarias en la empresa farmacéutica. Index Terms Diálisis, automatizar, APD, CAPD, servomotor, PLC. I. INTRODUCCION En la empresa farmacéutica existen diversos procesos encaminados a la calidad de los productos que se ofrecen al consumidor, todo esto en busca de la correcta utilización de materia prima así como de los recursos para cada uno de los productos. Para el caso que da objeto al proyecto se desea realizar un sistema autónomo para el corte de manguera. Está basado en la automatización del sistema utilizando instrumentación industrial y las bases que generaron las clases vistas dentro del marco cursado en el área de ingeniería en control. Para el proyecto se tendrán en cuenta la selección de instrumentos para la automatización tales como servo motor, PLC, sensores, así como los diferentes elementos mecánicos necesario para esta modificación. Para ello se implementaran los diferentes lenguajes de programación necesaria para cada equipo. Con ello se aplicaran las normas existentes para esta actividad, dentro de las que encontramos normas de programación GEMMA, aplicaciones teóricas como grafcet, los diferentes programas para la programación de los servo motores entre otros. También se deben tener en cuenta muchas normas internas de la compañía y las que hacen parte de la higiene dentro de este tipo de empresas farmacéuticas. La finalidad del proyectó esta basada en incluir el equipo dentro de toda la normatividad existente para este proceso, cumplir con cada norma y entregar un producto de calidad que ofrezca a la empresa patrocinadora como es Fresenius Medical Care Andina S.A.S., la utilidad esperada así como el valor agregado al desarrollo tecnológico que se puede generar dentro de la compañía, haciendo visible la posibilidad de innovación para el mejoramiento de la producción dentro de la organización. II. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. Para comenzar con el proyecto hablaremos de la estructura del proyecto y demás elementos que constituyen en equipo. Los principales elementos constitutivos de nuestro proyecto son: A. Desarrollo mecánico Armazón estructural: Realizado en acero inoxidable 304 con una platina de 3/16 en el mismo material, cubriendo la parte superior. Es la base de montaje para todos los elementos del sistema electromecánico. Sistema de arrastre: Son dos conjuntos construidos en SS304 en su mayoría y en NYLON los piñones de conducción. Su función es desplazar el tubo de acople o sistema de tubo para su corte, según medidas. Carrete: Combinación de materiales inoxidables y polímeros cuya función es el sostenimiento del material a cortar, de acuerdo a la presentación requerida. Acople o sistema tubo. Sistema de control: Conformado esencialmente por un servomotor acoplado a un reductor con relación de transmisión de 1:7 para dimensionar con precisión cortes que van desde los 8mm hasta 5000mm. Your name is with xyz Department...

2 CORTADORA DE MANGUERA FLEXIBLE 2 Figure 1. Desarrollo Mecánico B. Desarrollo electrico. 1) Servomotor: El servomotor es un actuador mecánico en cualquier sistema de servomecanismo que tiene por objeto llevar al sistema a una lectura cero reduciendo a cero la señal de error, y existen dos tipos de servomotores, de corriente directa CD y de corriente alterna CA. Sus características fundamentales para CD y CA son dos, la primera radica en que el par de salida del motor sea aproximadamente proporcional a su voltaje de control aplicado. Y la segunda se basa en el hecho de que la dirección del par éste determinada por la polaridad instantánea del voltaje de control. El servomotor de CD campo controlado es aquel donde el par que produce este motor es cero cuando el amplificador de error de CD no le suministra excitación de campo, y si se invierte la polaridad del campo, se invierte la dirección del motor. Otro tipo de servomotor de CD es el de armadura controlable, que emplea una excitación de campo de CD fija que suministra una fuente de corriente constante. Este tipo de control, posee determinadas ventajas dinámicas que no tienen el método de control de campo. El servomotor de CD de imán permanente de armadura controlada emplea imanes permanentes para tener excitación constante del campo, en oposición a una fuente constante de corrientes de campo. Los servomotores serie de CD de campo dividido se pueden hacer trabajar como motores con excitación separada y de campo controlado; un devanado se llama devanado principal y al otro devanado auxiliar, aunque ambos generan fuerza magneto motriz y están devanados alrededor de los polos del campo en tal dirección que producen inversión de rotación entre sí. Por otro lado, la mayor parte de los servomotores más pequeños de CA son del tipo de motor bifásico de inducción de polo sombreado, junto con los motores de paso pequeños de CD. (Kosow, 1993) PLC Controlador lógico programable 2) P.L.C. (Programmable Logic Controller).: Significa Controlador Lógico Programable. Un PLC es un dispositivo usado para controlar. Este control se realiza sobre la base de una lógica, definida a través de un programa. Para explicar el funcionamiento del PLC, se pueden distinguir las siguientes partes: Interfaces de entradas y salidas CPU (Unidad Central de Proceso) Memoria dispositivos de programación. El usuario ingresa el programa a través del dispositivo adecuado (un cargador de programa o PC) y éste es almacenado en la memoria de la CPU. La CPU, que es el "cerebro" del PLC, procesa la información que recibe del exterior a través de la interfaz de entrada y de acuerdo con el programa, activa una salida a través de la correspondiente interfaz de salida. Evidentemente, las interfaces de entrada y salida se encargan de adaptar las señales internas a niveles del la CPU. Por ejemplo, cuando la CPU ordena la activación de una salida, la interfaz adapta la señal y acciona un componente (transistor, relé, etc.). Al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas. A continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado leído. Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnóstico y comunicación. Al final del ciclo se actualizan las salidas. El tiempo de ciclo depende del tamaño del programa, del número de E/S y de la cantidad de comunicación requerida. Las ventajas de utilizar un PLC comparado con sistemas basados en relevos o sistemas electromecánico radica en: flexibilidad, tiempo de puesta en marcha y ajuste, facilidad de realizar cambios durante la operación, confiabilidad, espacio, modularidad, estandarización. Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID). Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido. (Balcells, 2002) 3) Sensores: La sensórica aplicada al proyecto está determinada por la cantidad de actuadores existentes en el sistema y la cantidad de señales que son importantes para el desempeño de la máquina. 4) Introducción a sensores: Para que un sistema electrónico de control pueda controlar un proceso o producto es necesario que reciba información de la evolución de determinadas variables físicas del mismo, que en su mayoría no son eléctricas (temperatura, presión, nivel, fuerza, posición, velocidad, desplazamiento, etc.). Los dispositivos que realizan esta función reciben diversos nombres: captador, detector, transductor, transmisor, sonda y sensor. No existe una única definición de sensor aceptada de manera universal. Se considera, en general, que es todo dispositivo que tiene algún parámetro que es función del valor de una determinada variable física del medio en el cual está situado. En general, convierten una señal física no eléctrica en otra eléctrica que, en algunos de sus parámetros (nivel de tensión, nivel de corriente, frecuencia, etc.), contiene la información correspondiente a la primera. Por otra parte, es necesario utilizar circuitos de acondicionamiento con el objeto de que éste genere una señal eléctrica normalizada (ya sea por el fabricante o siguiendo pautas de organismos de normalización como IEC, IEEE, etc.). (Pallas, 2003) Según el aporte de energía los sensores se pueden clasificar en moduladores y generadores. En los sensores moduladores o activos la energía de la señal de salida procede en su mayor parte de una fuente de energía auxiliar. La entrada solo controla al salida. En los sensores generadores o pasivos la energía de salida proviene de la entrada. Así como se clasifican según su suministro de energía, también se clasifican según la señal de salida que entregan en análogos y digitales. Los sensores análogos la señal varia de forma continua. Para los sensores digitales la señal cambia a manera de pulsos o de pasos. Para el caso que nos ocupa en el proyecto se utilizaran sensores en los cilindros neumáticos los cuales nos mostraran la secuencia y posición del cilindro. Generalmente estos sensores son de efecto hall o magnéticos y actúan mediante un imán que genera una acción de respuesta en un contacto fijado al

3 CORTADORA DE MANGUERA FLEXIBLE 3 cuerpo del cilindro. (Pallas, 2003) Para todo este proceso como ya se ha explicado hay que tener en cuenta los diferentes lenguajes de programación y maneras de realizar la misma. Una de las herramientas más importantes para esta labor es el grafcet el cual es un método que permite ver el proceso como una secuencia de transiciones y acciones que llevan a un ciclo de trabajo. III. METODOLOGIA En esta sección trataremos los equipos a utilizar para la automatización del sistema dentro de los que tendremos que incluir P.L.C, servomotor, sensores, actuadores, protecciones, pantallas o H.M.I. Dentro de este marco definiremos cada uno de los elementos a usar así como la marca, datos básicos del elemento, alimentación y utilización entro del proyecto. A. El PLC Para la implementación de este sistema se escogió un PLC de la marca Omron con referencia CP1L-L14DT-D. El objetivo principal, es dar una visión general de las características que incorpora el autómata programable de la serie CP1L que se va a utilizar en el proyecto. 2) Servo Motor y Servo drive.: Estos elementos funcionan en conjunto y hacen parte del control del sistema. Se encargaran de hacer mas exacto el proceso de corte, ya que van a halar la manguera para realizar el corte. B. Proceso de programación. De manera sencilla tratare de explicar el proceso que se va a seguir la máquina para el corte de la manguera. Inicialmente se coloca la manguera en los rodillos de arrastre por medio de la HMI o pantalla programaremos la cantidad de cortes y las distancia de la manguera a cortar. Luego de esto inicia el proceso donde el servo motor arrastra la manguera, el servo cuenta una cantidad especifica de pulsos que equivalen a la distancia de corte del tubo flexible, al llegar a al distancia se activan los actuadores electroneumaticos que van a cortar al manguera mediante unas cuchillas acopladas a un par de cilindros de doble efecto. Cada pulso generado por este paso me va a registar el numero de cortes. al completar o igualar lso programados inicialmente el proceso terminara y esperara una nueva programación en cuanto a cantidad y distancia de tubo manguera flexible sea necesaria. IV. ESTADO DEL ARTE Figure 2. PLC CP1L-L14DT-D 1) Caracterisitcas PLC: Table I CARACTERISTICAS CP1L Asi se encuentran dentro de este proyecto otros elementos de los cuales ya hemos hablado, como son los servo motores, sensores, la pantalla o HMI, los cuales son y hacen parte fundamental del desarrollo del proyecto. En el mercado existen diversidad e máquinas e instrumentos utilizados para cortar tubos, existen dispositivos manuales, dispositivos semiautomáticos y automáticos. Diversas empresas se dedicas a la fabricación de estas máquinas ya que son indispensables en diferentes áreas de la industria y construcción. Algunas de las máquinas encontradas en el medio son: Cortadora de Tubo Semiautomática - Modelo C275 2A Características: - Bajada de cabezal por medio de sistema hidroneumático con ajuste de velocidad - Ciclo de corte automático, carga y avance del tubo manual - 2 velocidades de corte - Corte del material recto o en ángulo. - Mordazas con apriete neumático. - Sistema de sujeción de doble mordaza con auto centrado - Corte libre de rebabas. - Sistema de mordazas en V para corte en paquete (opcional) - Sistema de bomba soluble recirculante para lubricación del disco - Rejilla atraparebabas - Botón de paro de emergencia - Posibilidad de realizar el corte de forma semiautomática

4 CORTADORA DE MANGUERA FLEXIBLE 4 - LxWxH (milímetro) 800x780x1700 Peso 280 kilogramos Estándar hidroneumático Estándar del banco Forma de V SÍ Figure 3. C275 2A Cortadora de Tubo Semiautomática - Modelo C275 3A Características: - Sistema de alimentación del tubo automático. - Bajada de cabezal por medio de sistema hidroneumático con ajuste de velocidad - 2 velocidades de corte - Mordazas con apriete neumático. - Sistema de sujeción de doble mordaza con auto centrado - Corte libre de rebabas. - Sistema de mordazas en V para corte en paquete. - Repetición de la alimentación para cortes largos, máximo 2100mm en 3 repeticiones - Sistema de bomba soluble para lubricación del disco recirculante - Rejilla atraparebabas Máquinas para cortar manguera M-16 La sierra hidráulica robusta para manguera M-16 es ideal para la manguera pesada del corte todo el dia. El M-16 ofrece una lámina de 16 pulgadas, un motor 10hp, un mecanismo de doblez accionado hidráulicamente, y un sistema refrigeración por agua autónomo del corte. Estas características permiten que usted corte la manguera pesada hasta 2 a 6 pulgada fácilmente. El doblador hidráulico permite control de velocidad excelente durante el corte, y un movimiento rápido de la contracción. Muchos operadores encuentran que la combinación de estas características elimina la necesidad de la limpieza adicional de mangueras después de cortar. (M-16 cortadora) EM técnico 110 de los datos Taller SAE R13 y SAE R 15* 3 " Producción SAE R13 y SAE R 15* 3 " SAE R12 2 " 4 industriales " Máximo fuera de Ø 125 milímetros Sistema de enfriamiento opcional DBA del nivel de ruidos 69 Motor del freno SÍ Conexión 100 de la succión Conducir 7.5 kilovatios Lámina de corte (milímetro) 520x4x120 DN de cepillado Figure 4. Máquina M-16 El Marken serie 500 El Marken serie 500 es una de las máquinas cortadoras para manguera más ampliamente utilizadas del mundo para automáticamente medir y cortar la manguera, Usando un proceso patentado, estas máquinas son las más rápidas y exactas que se pueden conseguir. El 500S completamente automático es rápido y fácil de operar. Insertar simplemente la manguera, fijar su longitud y cantidad, y el comienzo de la prensa. El 500S utiliza corte húmedo para reducir al mínimo humo, y la contaminación. La exactitud se lleva a cabo dentro del.1 a.3 por ciento de la longitud total. Las opciones incluyen la marca de la manguera del chorro de tinta, las marcas de inserción impresas en ésos, las opciones especiales de una autógena de PTFE que elimina extremos señalados por medio de luces de la manguera de PTFE, y software del corte del kit para manejar los kits y los números de parte de su cliente. (marken-manufacturing/maquinas-para- cortar-manguera) V. METODOLOGIA La solución propuesta para este problema es el diseño de una máquina con un sistema de corte y precisión. Este sistema estará compuesto por un servomotor controlado y un PLC el cual en conjunto y teniendo en cuenta los elementos mecánicos deben ser más eficientes en el trabajo que se va a realizar. Esta máquina como ya se ha expuesto en otra sección de este documento está compuesto por unos elementos mecánicos que son diseñados para el mejoramiento de la productividad y el rendimiento del equipo anterior. VI. RESULTADOS Se espera cumplir con las expectativas del cliente implementando un sistema de control para dicha máquina y con

5 CORTADORA DE MANGUERA FLEXIBLE 5 ello satisfacer las necesidades de la empresa, mediante el desarrollo de un medio de producción más eficaz y con mayor rentabilidad en la elaboración de tubos de diferentes medidas utilizados por la empresa. El uso de dispositivos industriales, para fortalecer los conocimientos o ampliar el mismo referente al desarrollo tecnológico en la industria y al desarrollo de equipos y máquinas dentro de la industria. Encontrar las diferencias entre lo visto de manera pedagógica y los vacíos frente a lo encontrado en la industria para así fortalecer y retro - alimentar las inquietudes existentes para el desarrollo de procesos productivos. VII. CONCLUSIONES - El desarrollo electrico y mecánico para la fabricación de esta máquina conlleva una serie de objetivos que permiten el cumplimiento del proyecto. - El corte y presición de cada tramo de manguera depende expecificamente de las pulsaciones generadas en el servo motor. - El proyecto cumplio con las especificaciones pedidas por el cliente, en este caso Fresenius Medical Care. - Se cumplio con cada uno de los modelos matematicos desarrollados para el diseño de la máquina. - Se realizaron los diferentes manuales los cuales cubren areas como el manual de operación, el manual de usuario y adicionalmente planos electricos y mecánicos. Pallas, R. (2003). Sensores y Acondicionadores de Señal (Cuarta edición ed.). Barcelona, España: Marcombo S.A. Patients, A. A. (2006). Entendiendo sus opciones de dialisis peritoneal. Baxter Folleto, 3-6. Vilanova, R. (2005). Automatizacion de procesos mediante la Guia GEMMA. Barcelona: UPC Editores. Welsby, K. a. (2005). Capacite and inductive displacement sensor. Burlington: Newnes. Wilson, L. B. (1993). Comparative Programming Lenguajges. Addison Wesley. VIII. BIBLIOGRAFIA Balcells, J. (2002). Automatas programables. Barcelona: Marcombo S.A. Bossy, J. C. (1995). Grafcet practica y aplicaciones. Barcelona: UPC. Cliford K Ho Alex Robinson, D. R. (2005). Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring Sensors. Pearson Educations. Electric, E. (18 de 11 de 2010). Recuperado el 9 de Enero de 2011 Electric, E. (05 de abril de 2010). Emerson electric. Recuperado el 15 de Febrero de 2011, de manufacturing/maquinas-para-cortar-manguera-hidraulica html Grames, C. (2006). Encyclopedia of sensor. Chicago: American Scientific Publishers. Kosow, I. L. (1993). Máquinas electricas y transformadores. Pearson. Marken Manufacturing. (12 de Diciembre de 2010). Recuperado el 12 de Enero de 2011, de 7. manufacturing/maquinas-para-cortar-manguera-hidraulica html mex, C. (2009). Cortadoras de tubo Curva Mex. Recuperado el 15 de Febrero de 2011, de PLACE PHOTO HERE Luis Javier Caro Ramirez Estudiante de noveno semestre de Ingenieria en Control, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Correo electrónico lujacar22@hotmail.com