UNIVERSIDADPOLITÉCNICA DE CHIAPAS “Tecnología para el bien común” AUTOMATIZACIÓN DEL LLENADO DE BOTELLAS DE 600ml 1 “Tecnología para el bien común” Ingeniería Biomédica Microprocesadores Proyecto: “Automatización del llenado de botellas de 600ml” Realizado por: Ernesto Sarmiento Alvarado Catedrático: Ing. Gabriel Sarmiento Jiménez 05/11/15 INDICE 2 INTRODUCCIÓN…………………………………….….4 MARCO TEÓRICO………………………………….…..5 AUTOMATIZACIÓN………………………………….…6 OBJETIVOS GENERALES…………………………….… 8 MATERIALES………………………………………….….9 CINTA TRANSPORTADORA………………………. ….10 SENSORES DEL PROYECTO…………………………..11 ACTUADORES DEL PROYECTO……………………...12 SISTEMA DE CONTROL……………………………….13 DIAGRAMA DE FLUJO DE FUNCIONALIDAD………………………………….14 ETAPAS DEL PROCESO………………………………..15 DISEÑO DEL PROCESO……………………………….19 PROBLEMAS Y FALLAS………………………………..20 3 AREA DE MERCADOTECNIA………………………...21 COSTOS………………………………………………...22 INTRODUCCIÓN El constante crecimiento que se observa en el mercado del consumo de agua embotellada ha venido acompañado de un significativo aumento en la aparición de plantas embotelladoras, muchas de las cuales realizan el proceso de una manera muy costosas sin tomar en cuenta que el proceso de la automatización del llenado de botellas puede hacerse de una manera económica y sin dejar la versatilidad, la calidad y la excelente producción que se haría con una embotelladora costosa. En un mercado de las bebidas en continua evolución, y que requiere soluciones de llenado seguras y versátiles. Durante el diseño se tiene muy en cuenta la elección de los mejores componentes disponibles, la máxima calidad y la reducción de los costos de gestión, tanto en términos de consumos como en la normal operabilidad. Este proyecto pretende simular de una manera lo más aproximada posible el proceso de embotellamiento clásico de la mayoría de refrescos del mercado. En concreto, se representa el proceso para las típicas botellas de 600 ml en la que grandes empresas refresqueras tienen un total dominio en el mercado nacional e internacional de sodas y bebidas. En este informe se plantea el marco teórico el cual está compuesto por el estado del arte de las embotelladoras más destacadas. 4 MARCO TEÓRICO EMBOTELLADORAS DEFINICIÓN DE PLANTA EMBOTELLADORA Es una máquina que realiza el proceso de envasar líquidos en un recipiente de manera eficiente, las empresas con el fin de aumentar su producción y obtener mayor distribución emplean dispositivos electrónicos para automatizar sus procesos, esto garantiza que la mayor parte de sus etapas sean autónomas. UNA RESEÑA HISTORICA Para hablar del principio de las embotelladoras debemos enlazar diferentes aspectos que la conforman desde los inicios de las botellas, tapas y las necesidades que hicieron posible crear una embotelladora. En la antigua Roma el termino botella, se designaba a una vasija que tuviera cualquier forma y que estuviera hecha de cualquier material, pero sobre todo el nombre servía para designar un recipiente con el cuello largo y estrecho y el 1 cuerpo inflado . En 1892, Wiliam Painter creo una tapa o sello que llamo “corona” por su semejanza con la corona utilizada por las reinas, en 1906 y 1909 Samuel c. 2 Bond desarrollo y patento un sello que llamo tapa . No se sabe a ciencia cierta desde sus inicios que se introducía en lo que hoy llamamos botellas, en la antigua Roma se utilizó tanto para aceites como para transportar diferentes líquidos; lo que si se debe tener en cuenta para hablar de la primera embotelladora es el desarrollo tecnológico en cada país. Si bien COCA-COLA® en los años 1898, se estableció como la primera embotelladora del mundo y los empresarios asumieron la totalidad del costo de las instalaciones y se encargaron de su manejo, pagando a la casa matriz una 5 regalía, y a cambio recibían el concentrado necesario para elaborar el producto 3 . __________________________________________________________ 1. BOTELLA. [pág. de internet] en: https://es.wikipedia.org/wiki/Botella 2. BUITRAGO, Raúl y Guerra, José. Revista Bavaria N°118, publicada en Bogotá [Consulta: 2008 08-06]. 3. APROXIMACION A LOS CONTRATOS DE CONCESIÓN Y DE FRANQUICIA MERCANTIL. AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACION; UNA CURIOSIDAD En la antigüedad el ser humano se percató de que existían tareas que se podían realizar incluso mejorar por medio de sistemas mecánicos, hidráulicos, neumáticos entre otros. Se comenzaron a crear artefactos y maquinas encargadas de realizar tareas diarias y comunes, que le facilitaban la actividad diaria. No todos los artefactos tenían una utilidad práctica o preindustrial, algunas máquinas servían solo para entretener a sus dueños, como simples juguetes que no hacían más que realizar movimientos repetitivos o emitir 4 sonidos . DEFINICION DE AUTOMATIZACIÓN La automatización es un sistema donde se transfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. El termino automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de forma independiente o semi-independiente del control humano. OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la producción y mejorando la calidad del sistema. Mejorar las condiciones del trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad. Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo. 6 5 Integrar la gestión y la producción . ________________________ 4. QUE ES LA AUTOMATIZACIÓN, ibid. 5. AUTOMATIZACIÓN, Op. Cit. Página 2 [Consulta 2008 08-23] PARTES DE LA AUTOMATIZACIÓN Un sistema automatizado consta de dos partes principales: a) La Parte Operativa Es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores, finales de carrera entre otros. b) La Parte de Mando Suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado. Se define también como la estación central de control o autómata. Es el elemento principal del sistema, encargado de la supervisión, manejo, corrección de errores, comunicación, entre otros. 7 OBJETIVOS GENERALES Este trabajo se realizó con el objetivo de monitorear y controlar diferentes etapas de un proceso automático. El prototipo elaborado consiste en una planta embotelladora a escala menor que tendrá múltiples usos, inclusive ser vendido. El proceso a grandes rasgos está compuesto por cuatro etapas: lavado, llenado, tapado y etiquetado. Una banda transportadora se encarga de pasar las botellas por las etapas existentes y antes mencionadas. Se necesita automatizar el llenado de botellas de 600 ml. El proceso es el siguiente: a) b) c) d) Las botellas pasaran por un área de limpieza Las botellas pasarán por el área de llenado Las botellas se les sellará con su respectiva tapa Se les colocará una etiqueta 8 MATERIALES QUE TENTATIVAMENTE SEAN USADOS Y REQUERIDOS DURANTE EL DISEÑO: • • • • • • • • • • • • • • PIC16F877A LCD SENSORES* RESISTENCIAS CINTA TRANSPORTADORA (Sujeto a diseño) MADERA MOTORES* LEDS CAPACITORES CERÁMICOS Y ELECTROLÍTICOS POTENCIOMETRO CRISTAL A 4MHZ PUSH BUTTON TECLADO MATRICIAL RELEVADOR TIPO DE MOTORES EMPLEADOS: A primera instancia se utilizarán servo motores y motores que me ayudarán en la cinta transportadora. *TIPO SENSORES: Se emplearán distintos de sensores que me proveerán de una guía para la banda transportadora. 9 CINTA TRANSPORTADORA Una cinta transportadora o transportadora de banda es un sistema de transporte continuo formado por una banda continua que se mueve entre dos 6 tambores . El diseño a primera instancia de la cinta transportadora trabajara con las siguientes medidas: (Aunque para ejemplificar se utilizaría una escala menor a 1:1) Utilizando un motor llamado “Motor eléctrico MTR-DCI 24V” de las cintas transportadoras. Permite el giro Las ventajas de usar una cinta transportadora para este proyecto son las siguientes: Permiten el transporte de materiales a gran distancia Se adaptan al terreno Tienen una gran capacidad de transporte Permiten transportar un gran variedad de materiales Es posible la carga y la descarga en cualquier punto del trazado Se puede desplazar No altera el producto transportado Aumenta la cantidad de producción Ausencia de articulaciones de rápido desgaste 10 ________________________________________ 6. CINTA TRANSPORTADORA. [pág. de internet] en: https://es.wikipedia.org/wiki/Cinta_transportadora SENSORES DEL PROYECTO Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas .7 Sensor de proximidad Sensor de presión Sensor de presencia 11 Sensor de Flujo ACTUADORES DEL PROYECTO Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de 8 generar un efecto sobre un proceso automatizado . Motor con engrane Motor eléctrico MTR-DCI 24V Motor a pasos 12 SISTEMA DE CONTROL Mi sistema de control se encontrara basado en un interfaz mediante un LCD de 2x16 y botones, que a primera instancia dichos botones encenderán el automatizado de cada etapa, es decir que una vez colocado el botón en “ON” accionara los sensores y los actuadores en cada situación, funcionando también como un sistema de seguridad. Además dentro del sistema interno del control total del proyecto estará siendo programado esencialmente por un PIC16F877A (MikroC será el software empleado para programar este microcontrolador) para cada una de las cuatro etapas las cuales serán explicadas a fondo a continuación. Dicho microcontrolador tendrá el trabajo de controlar de manera adecuada los sensores y los actuadores. Teniendo en cuenta los problemas y errores. 13 *Sistema de control (Aun no se encuentra incluido las demás etapas, pero ejemplifica el sistema de control LCD-BOTONES) 14 DIAGRAMA DE FLUJO DE FUNCIONALIDAD 15 ETAPAS DEL PROCESO ETAPA 1 Las botellas pasaran por un área de limpieza Esta etapa consiste en el ingreso de una botella vacía el cual comienza su recorrido en una cinta transportadora en la cual un sensor detectara dicha botella, se detendrá con la ayuda del sensor de proximidad a un costado de la cinta transportadora e iniciara la limpieza y desinfección de la botella con la ayuda de actuadores es decir; con motores que deslizaran una manguera en forma de brazo y limpiaran la botella esto con el fin de eliminar residuos tóxicos y microorganismos adheridos en la fábrica de la botella, además en esta etapa se verifica que la botella ingresada este vacía y que además permita el secado de una manera óptima mediante condiciones en el algoritmo del programa, es importante aclarar que el sistema tendrá soportes de manera en conjunto al actuador haciendo así una mayor versatilidad Se tiene en consideración utilizar algún lavado económico utilizando algún detergente factible a los precios. 16 ETAPA 2 Las botellas pasarán por el área de llenado Esta etapa indica que antes de que se proceda al rellenado de la botella, la circulará en la cinta transportadora y se detendrá gracias al sensor nuevamente el cual prepara a la botella para su posterior rellenado, esto será posible mediante la indicación asignada en segundos que tienen que pasar para que el microcontrolador se detenga, por eso la importancia de colocar bien la botella desde la primera etapa, después de haber realizado todos estos pasos se activara mediante un led que indique en automático el llenado en automático de la botella con refresco. Cabe mencionar que se le asignara al microcontrolador instrucciones de tiempo tanto como para orientar la botella en caso de no haberse detenido en el lugar correcto como el tiempo en que dejara de suministrar refresco a la botella con una ayuda fundamental del sensor de flujo evitando así derrames futuros en las botellas. ETAPA 3 17 Las botellas se les sellarán con su respectiva tapa En esta etapa y continuando el avance de la cinta transportadora la botella proseguirá con el avance y se detendrá para su sellado de forma fortuita es decir que haciendo presión en la boca de la botella se le colocará una tapa la cual se hará de forma rápida y eficaz mediante un sensor de presión que medirá la presión adecuada de la tapa con respecto a la boca de la botella. Cabe entender que esta no es la típica tapa de refrescos, es parecida al de envase retornable de coca cola de 2 litros, en base a mis investigaciones la envasadora de coca cola utiliza la misma técnica de “tapado” que es mediante a presión. ETAPA 4 18 Se le colocará una etiqueta Esto se hace con el fin de aportar la marca, algo necesario porque en él se destaca la calidad del producto y las normas de sellado, cumpliendo así con los altos estándares de calidad a menor costo. Durante esta etapa la cinta transportadora continúa su curso haciendo que el sensor detecte a la botella y colocarle así mediante una manera correcta la etiqueta. *Para colocarle la etiqueta el sistema estará detectando la botella con un sensor de presencia el cual al momento de que el actuador detecte la botella junto al sensor y la cinta transportadora este se detendrá y colocará la etiqueta de una manera perfecta y rápida. DISEÑO DE LA ETIQUETA 600 DISEÑO DEL PROCESO 19 PROBLEMAS Y FALLAS Los problemas principales serían los siguientes: 20 Una mala calibración de los actuadores y sensores al momento de hacerlos coincidir con botellas simultaneas. Que en el sensor de flujo no “detecte” la botella y ocurra derrames. Fallas en la cinta transportadora como por ejemplo que se “suelte” la cinta del motor y errores de ese estilo. Fallas en la elección del motor en la cinta transportadora. Problemas que puedan suceder en la etapa de etiquetado. Congestión por exceso de botellas. En los motores regular y tener un control adecuado de ellos (Puede ocurrir problemas en el algoritmo). Que el algoritmo detecte las tapas a tiempo El saturamiento de etiquetas El saturamiento de tapas ÁREA DE MERCADOTECNIA EMPRESA BOMEX® 21 “El embotellado perfecto” Empresa 100% reconocida y comprometida con la nación en pro del medio ambiente. El liderazgo de nuestros colaboradores genera mejores condiciones de trabajo tanto personales como en el clima organizacional. Nuestro compromiso es generar un sentido de pertenencia a través de una cultura de trabajo de respeto y calidez, en el que todos los integrantes de la empresa sientan el reconocimiento, el respaldo y el orgullo que representan ser parte de esta gran familia. Nuestro reto es lograr una mayor y mejor competitividad sustentada en tecnología de punta, buenas prácticas de operación y relaciones laborales firmes y duraderas; porque sabemos que cada persona es diferente, queremos tratar a cada uno como cada quien quiere ser tratado. MISION y VISION: Ser la mejor empresa líder en el embotellamiento de refrescos, aguas y sustancias liquidas del país. CONTACTO www.bomex.com.mx
[email protected] Calle cuarta oriente sur, Col. Terán, Tuxtla Gutiérrez, C.P 29050. Tels. 6158899; 961128562. COSTOS DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACION DEL EMBOTELLADO $ 3,300 SENSORES---------- 1500 22 ELECTRONICA-------1300 MATERIALES EXTRA-------500 23