tesistesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/11476/1/26.pdf · Índice de tablas y figuras vi ......
TRANSCRIPT
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA
INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
REHABILITACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE UNA
MÁQUINA URDIDORA DE CARRETE.
TESIS
QUE PARA OBTENER ELTÍTULO DE:
INGENIERÍO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
PRESENTAN:
Lara González Alejandro Arturo.
Trejo Melena Jesús Adrian.
Verona Ramírez María Fernanda.
DIRECTORES DE TESIS
M. en C. Antonio Obregón Tenorio.
M. en C. Ivone Cecilia Torres Rodríguez.
MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE 2012
Índice
iii
Índice
Capítulo I Estado del arte ......................................................................................................... 1
Objetivo ................................................................................................................................... 2
Justificación ............................................................................................................................. 2
1.1 Antecedentes ...................................................................................................................... 2
1.1.1 Descripción del proceso de urdido ..................................................................................... 2
1.1.2 Historia de las maquinas urdidoras y algunos aspectos del proceso de urdido .................. 4
1.2 Partes fundamentales de la máquina urdidora ................................................................... 6
1.2.1 Fileta ................................................................................................................................... 6
1.2.2 Peine ................................................................................................................................... 7
1.2.3 Tren de estiro ...................................................................................................................... 7
1.2.4 Cabezal de recogida ............................................................................................................ 7
1.2.5 Carrete ................................................................................................................................ 8
Capítulo II Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL .............................. 9
2.1 Localización del proyecto ................................................................................................ 11
2.2 Ubicación del proyecto .................................................................................................... 11
2.3 Descripción de la maquina MAYER C SL ...................................................................... 11
2.3.1 Descripción del motor de enrrollamiento ......................................................................... 14
2.3.2 Descripción del motor del vaivén ..................................................................................... 14
2.4 Análisis de la problemática y de las necesidades de la rehabilitación de la máquina
urdidora MAYER C SL ......................................................................................................... 15
2.5 Propuestas para la rehabilitación de la maquina urdidora ............................................... 15
2.5.1 Propuesta de acondicionamiento eléctrico de la maquina urdidora de carrete ................. 15
2.5.2 Propuesta de acondicionamiento electrónico de la maquina urdidora de carrete ............. 16
2.5.3 Propuesta de acondicionamiento mecánico de la maquina urdidora de carrete ............... 22
2.6 Propuesta seleccionada .................................................................................................... 22
Capítulo III Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete ................ 24
3.1 Descripción técnica de los materiales .............................................................................. 25
3.1.1 Descripción técnica de los materiales seleccionados para el acondicionamiento eléctrico
................................................................................................................................................... 25
Índice
iv
3.1.2 Descripción técnica de los materiales seleccionados para el acondicionamiento
electrónico ................................................................................................................................. 31
3.2 Diseño del circuito de fuerza y control para los motores trifásicos del proceso de urdido
............................................................................................................................................... 40
3.3 Diseño de la fuente de corriente continúa ........................................................................ 45
3.4 Diseño del circuito electrónico de visualización de fallas y diseño de tableros de
conexión .................................................................................................................................... 54
3.4.1.1 Programación PICAXE ................................................................................................. 60
3.4.1.2 Diagrama de flujo .......................................................................................................... 60
3.4.1.3 Simulación ..................................................................................................................... 64
3.4.1.4 Descarga e implementación del programa..................................................................... 65
Capítulo IVCostos ................................................................................................................... 66
4.1 Costo de materiales para la rehabilitación de la maquina MAYER C SL ....................... 67
4.2 Comparativa de precios entre una maquina urdidora rehabilitada con respecto a una
maquina urdirora nueva ......................................................................................................... 71
Capítulo V Resultados ............................................................................................................. 72
5.1 Resultados obtenidos de la rehabilitación y puesta en marcha de la maquina urdidora de
carrete MAYER C SL. ........................................................................................................... 73
Conclusiones ............................................................................................................................. 79
Glosario .................................................................................................................................... 80
Fuentes consultadas ................................................................................................................. 81
Anexos ....................................................................................................................................... 82
Anexo 1 . Terminales del circuito integrado PICAXE 18M2 ................................................... 82
Anexo 2. Terminales del decodificador BCD a 7 segmentos .................................................... 82
Anexo 3.Terminales del display KW1-23004 .......................................................................... 83
Anexo 4. Terminales del optoacoplador 4N37 .......................................................................... 84
Anexo 5. Terminales del transistor BC547 ............................................................................... 85
Anexo 6. Terminales del regulador LM340 .............................................................................. 86
Anexo 7. Diagrama de distribución del proyecto ...................................................................... 87
Anexo 8. Diagrama eléctronico ................................................................................................. 88
Anexo 9. Diagrama de fuente de CD......................................................................................... 89
Anexo 10. Diagrama electrico ................................................................................................... 90
Índice de tablas y figuras
v
Índice de tablas y figuras
Capítulo I Estado del arte ........................................................................................................... 1
Figura 1.1 Diagrama de bloques del sistema de urdido ...................................................................... 3
Figura 1.2 Rueda usada como máquina urdidora ............................................................................... 4
Figura 1.3 Primera máquina de tejer impulsada por vapor ............................................................... 5
Figura 1.4 Ejemplo de una fileta ......................................................................................................... 6
Figura 1.5 Peine para situar todos los hilos en paralelo .................................................................... 7
Figura 1.6 Tren de estiro ..................................................................................................................... 7
Figura 1.7 Carretes .............................................................................................................................. 8
Capítulo II Analisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL ...................................... 9
Figura 2.1 Ubicación del proyecto .................................................................................................... 10
Figura 2.2 Fotografía de la maquina urdidora MAYER C SL ........................................................... 11
Figura 2.3 Fotografía de descripción de la maquina Urdidora MAYER C SL ................................. 12
Figura 2.4 Fotografía de descripción de la maquina Urdidora MAYER C SL ................................. 12
Figura 2.5 Fotografía de descripción de la maquina Urdidora MAYER C SL ................................. 13
Figura 2.6 Fotografía de descripción de la maquina Urdidora MAYER C SL ................................. 13
Figura 2.7 Fotografía de descripción de la maquina Urdidora MAYER C SL ................................. 14
Capítulo III Diseño para la rehabilitacion de la maquina urdidora de carrete ....................... 24
Figura 3.1 Relevador contactor ......................................................................................................... 28
Figura 3.2 Relevador térmico de sobre carga ................................................................................... 30
Figura 3.3 Clase de disparos ............................................................................................................ 31
Figura 3.4 Placa entrenadora Arduino uno ...................................................................................... 32
Figura 3.5 Ambientes de programación Arduino ............................................................................. 32
Figura 3.6 Tarjetas de desarrollo de Texas Instruments .................................................................. 33
Figura 3.7 Circuitos mínimos para realizar una descarga ............................................................... 34
Figura 3.8 Borneras de maquina urdidora ........................................................................................ 35
Figura 3.9 Microcontrolador PICAXE-I8M2 .................................................................................... 35
Figura 3.10 Microcontrolador PICAXE-I8M2 en encapsulado ........................................................ 36
Figura 3.11 Diagrama de fuerza y control de los motores del proceso............................................. 40
Figura 3.12 Articulo de la NOM_001_SEDE 2005 para la conexión de los motores ....................... 42
Figura 3.13 Diagrama a bloques de los componentes de corriente continua ................................... 45
Índice de tablas y figuras
vi
Figura 3.14 Operación del diodo ....................................................................................................... 47
Figura 3.15 Rectificador de diodos .................................................................................................... 47
Figura 3.16 Graficas de tensión ........................................................................................................ 47
Figura 3.17 Rectificador de diodos de puente ................................................................................... 48
Figura 3.18 Grafica de voltaje del rectificador ................................................................................. 48
Figura 3.19 Rectificador de diodo encapsulado ................................................................................ 49
Figura 3.20 Rectificador de dos diodos ............................................................................................. 49
Figura 3.21 Grafica de respuesta a la salida del rectificador de dos diodos ................................... 50
Figura 3.22 Filtro de condensador a la entrada ................................................................................ 51
Figura 3.23 Grafica de respuesta de Vo al pasar por el filtro de diodo a la entrada ....................... 52
Figura 3.24 Fuente de alimentación con regulador .......................................................................... 53
Figura 3.25 Diseño del circuito impreso en PCB wizard .................................................................. 54
Figura 3.26 Diagramas de bloques del circuito electronico de visualización de fallas .................... 54
Figura 3.27 Diseño del circuito con los componentes físicos. .......................................................... 56
Figura 3.28 Diseño del circuito impreso ........................................................................................... 57
Figura 3.29 Diseño de la caja para montar ....................................................................................... 58
Figura 3.30 Caja de conexiones del circuito de fuerza ..................................................................... 59
Figura 3.3 Caja de conexiones de la fuente y circuito de control ..................................................... 59
Figura 3.32 Software de programación PICAXE ............................................................................. 60
Figura 3.33 Diagrama de flujo .......................................................................................................... 61
Figura 3.34 Código de lenguaje BASIC ............................................................................................. 62
Figura 3.35 Simulación PICAXE ....................................................................................................... 64
Capítulo IV Analisis de costos ................................................................................................... 66
Tabla 4.1 Costo de materiales eléctricos ........................................................................................... 67
Tabla 4.2 Costo de software ............................................................................................................... 67
Tabla 4.3 Costo de materiales electrónicos proveedores varios ....................................................... 68
Tabla 4.4 Costo de materiales electrónicos STEREN ........................................................................ 69
Tabla 4.5 Gastos varios ..................................................................................................................... 70
Tabla 4.6 Costo total de proyecto ...................................................................................................... 70
Capítulo V Resultados ............................................................................................................... 72
Figura 5.1 Caja de conexiones para el circuito de fuerza ................................................................ 73
Figura 5.2 Botoneras para el arranque y paro de motores ............................................................... 73
Índice de tablas y figuras
vii
Figura 5.3 Circuito de fuerza y control de motores .......................................................................... 74
Figura 5.4 Fuente de corriente continua ........................................................................................... 74
Figura 5.5 Circuito electrónico de visualización de fallas ................................................................ 75
Figura 5.6 Circuito electrónico de visualización de fallas ................................................................ 75
Figura 5.7 Circuito electrónico montado en la maquina urdidora de carrete .................................. 76
Figura 5.8 Maquina urdidora de carrete rehabilitada en operación ................................................ 76
Figura 5.9 Acondicionamiento eléctrico ............................................................................................ 77
Figura 5.10 Maquina urdidora de carrete antes y después de la rehabilitación ............................... 78
Capítulo I
Estado del arte
1
Capítulo I
Estado del arte
Capítulo I
Estado del arte
2
Objetivo
Rehabilitar y poner en marcha una máquina urdidora de carretes, para las máquinas Tricot y
Raschel a nivel laboratorio, facilitando su uso en la Escuela Superior de Ingeniería Textil
(ESIT), aplicando los conocimientos de electrónica, electricidad y sistemas digitales,
mejorando su funcionamiento y aprovechamiento en el taller de tejido de punto de la unidad
académica; así mismo en la realización de prácticas de los alumnos de las unidades de
aprendizaje tecnológicas de la especialidad.
Justificación
Este proyecto se lleva a cabo para beneficiar a los alumnos y profesores de la Escuela Superior
de Ingeniería Textil, y así facilitar el proceso de enseñanza – aprendizaje, debido a que se
rehabilitara una máquina urdidora, dicha máquina es importante para las practicas en el
aprendizaje de los alumnos. Es de vital importancia la preparación de los carretes para el
procedimiento posterior, el cual consiste en montar los materiales urdidos en la máquina
tejedora, para obtener tejidos o telas de calidad.
1.1 Antecedentes
A lo largo de la historia se ha ido modernizando la operación de urdido en la industria textil
para obtener mejores telas, además con el avance tecnológico los procesos se vuelven
sencillos lo que posibilita realizar operaciones rápidas en la industria y tener un control de
calidad mediante el monitoreo del proceso.
La industria textil y del vestido en México ha experimentado una profunda transformación
productiva desde finales de los años ochenta que se generaliza a partir de 1994 con la puesta
en marcha del tratado de libre comercio de América del norte, entre México, Estados Unidos y
Canadá. La inserción de esa industria a la economía global a través de un proceso de
subcontratación internacional de un número creciente de empresas ha generado un importante
dinamismo en el empleo el producto y las exportaciones del sector en la economía global.
El proceso de urdido juega un papel importante para la producción textil, ya que es el primer
proceso antes de llegar al tejido.
1.1.1 Descripción del proceso de urdido
El proceso de urdido consiste principalmente en guiar, ordenar y darle un misma tensión a los
hilos, para la formación de los carretes o julios en el siguiente diagrama a bloques figura 1.1
en donde describe dicho proceso, así mismo las partes principales de una máquina urdidora; el
cual consiste desde la recepción de materia prima hasta el producto final del proceso que son
los julios o carretes. Posteriormente pasan los carretes o julios al tejido.
Capítulo I
Estado del arte
3
Figura 1.1 Diagrama a bloques del proceso de urdido
El urdido se define como la operación por la cual se colocan los hilos de urdimbre enrrollados
sobre un plegador, partiendo de un cierto número de conos colocadas en una fileta. Este
conjunto de hilos ordenados son plegados en forma paralela en número y con una longitud
preestablecida en un carrete llamado plegador de urdido. Además posee elementos auxiliares
como el peine que permiten que conserve el orden de estos hilos y no se crucen estos.
Como se muestra en la figura 1.1 primero se recibe la materia prima en conos o bobinas, los
cuales pueden ser de distintas fibras textiles (algodón, lana, rayón, acetato, poliéster, y nylon)
formando los hilos que se van a urdir. Dichos conos son colocados en la fileta, después son
llevados hasta unos tensores los cuales son piezas mecánicas para proporcionarle cierta tensión
al hilo y que estos lleguen hasta unos ojillos por los que pasaran hasta llegar al peine, el cual
es un dispositivo mecánico que sirve para separar los hilos de manera uniforme , esta
separación depende de la calidad del hilo, una vez que estos pasan por el peine son enrollados
de manera uniforme para obtener un carrete o Julio que será nuestro producto final en este
proceso de urdido, una vez que se obtiene este producto de manera satisfactoria puede pasar a
el proceso de tejido en la máquina Tricot o Raschel.
El proceso de urdido es una de las operaciones finales a las que se somete los hilos antes de su
envío a los clientes. Consiste básicamente, en el enrrollamiento de hilos en paralelo sobre el
plegador. Estos conformarán la urdimbre para el tejido por lo que esta operación tiene que
hacerse de manera adecuada para que no afecte en los procesos posteriores y el tejido final
salga con buena calidad , lo cual es el objetivo principal de hacer un proceso de urdido.
Capítulo I
Estado del arte
4
1.1.2 Historia de las maquinas urdidoras y algunos aspectos del proceso de urdido
Las primeras fibras eran torcidas mediante un huso girado a mano. Se usaba la lana, el
algodón, el lino y el cáñamo. Estas fibras convertidas en hilo retorcido, posteriormente se
tejían para obtener las telas.
Luego del huso, y para acelerar el proceso de hilado, se inventó la rueca (figura1.2), la que fue
conocida en Europa hacia el año 1200.
Figura 1.2 Rueca usada como maquina urdidora
La mano derecha de la persona giraba la rueda, mientras la hebra de fibra ya hilada era
manejada con la mano izquierda. Esta rueca era llamada la gran rueda y producía una hebra de
grosor parejo esta máquina fue usada hasta el Siglo XVIII.
Las primeras máquinas para la fabricación de telas consistían en una especie de bastones que
sostenían un grupo de hilos paralelos (la urdimbre), entre los que se insertaba el hilo
transversal (la trama). Posteriormente aparecen telares con varillas que separaban los hilos
para facilitar la realización de la trama, y una lanzadera de madera cargada con hilado se
pasaba para realizar la trama [1].
Al producirse la Revolución Industrial en el siglo XVIII, se inventaron diversas máquinas para
automatizar el proceso.
Las primeras máquinas hilaban muchos hilos a la vez, y con otros aparatos se lograron realizar
telas a mayor velocidad.
En 1764 Richard Hargreaves patentó una máquina de hilar mecánica, a la que llamó "Jenny"
que facilitaban las operaciones manuales de urdido.
En 1769, el inglés Richard Arkwright inventó la máquina "wáter frame" que tiraba del hilo,
posteriormente efectuaba un proceso de torsión y finalmente se iba enrollando en el carrete.
La primera máquina de hilar se produjo en 1764-1767, aunque posteriormente se produjeron
diversas variaciones en esta. La introducción de las máquinas de tejer mecánicas revolucionó
Capítulo I
Estado del arte
5
la industria textil, al facilitar el trabajo a los trabajadores, y al proporcionar un estándar, con
mayor calidad a los tejidos [2].
La primera máquina de tejer impulsada por vapor mostrada en la figura 1.3, apareció en 1787,
y en 1830 ya estaban popularizadas.
Figura 1.3 Primera máquina de tejer impulsada por vapor
En la actualidad existen maquinas modernas que realizan el proceso de urdido con mucha
eficiencia, rapidez y calidad, estas maquinas son de origen europeo y tienen un costo bastante
elevado, dentro de las maquinas urdidoras más modernas se encuentran las siguientes:
Karl Mayer Textilmaschinen fabrik GmbH, de Alemania. Los datos de este plegador de
urdimbre , incluyendo el número del estilo, el número del pedido, el número de cabos
de urdimbre, el número de rotaciones del plegador durante el proceso de urdido para
formar la urdimbre completa, la longitud de la urdimbre, el número de plegadores en el
lote de encolado, el número del plegador, el título y grosor del hilo, el número de
doblados del hilo, el tipo de material, la densidad de la urdimbre, y una lista de hilos
perdidos son transferidos inalámbricamente, usando tecnología de radio frecuencia del
computador de la urdidora a un "chip" instalado en el plegador de urdimbre.
Los datos que son transferidos inalámbricamente del "chip" del plegador al
computador de la máquina encoladora, sirven para crear un nuevo estilo con
propuestas por el sistema.
Jakob Müller AG Frick, de Suiza. Esta máquina de tejer a chorro de aire para etiquetas,
permite la eliminación de la grúa, las poleas, los cordones de marcos, y el tablero
peinador.
En este sistema, cada hilo de urdimbre es controlado individualmente por un lizo
especial y un gancho retenedor. El elemento de lizo es una estructura hueca que
Capítulo I
Estado del arte
6
acomoda adentro el elemento de gancho. La formación de la calada se logra usando un
rodillo que se mueve hacia arriba y hacia abajo en cada ciclo de tejeduría.
Aunque la máquina se mostró tejiendo etiquetas, el concepto se puede extender para
tejer cualquier tipo de tejido usando cualquier tipo de sistema de inserción de trama.
Estas maquinas cubren muchas de las necesidades en la industria pero de igual manera son
costosas debido a la tecnología que utilizan.
1.2 Partes fundamentales de la maquina urdidora
En general las maquinas urdidoras constan de las siguientes partes fundamentales:
1. Fileta porta conos o bobinas.
2. Guía hilos.
3. Peine
4. Tren de estirado.
5. Cabezal de recogido.
6. Soporte del carrete.
1.2.1 Fileta
Es la cantidad de hilado en el plegador está controlado por un medidor que detiene
automáticamente la maquina cuando la medida predeterminada ha sido alcanzada. El freno
hidráulico funciona al instante por medio de un circuito activado cuando un hilo falla. La
densidad apropiada se logra mediante un mecanismo que efectúa una presión constante entre
el tambor y el rollo.
En la fileta se colocan los conos o bobinas de hilo que han de ser sometidas al proceso de
urdido. El hilo de cada cono se hace pasar por tensores y guía- hilos, hasta hacerlos juntar en
peines, de forma que se sitúen todos ellos en paralelo previamente al tren de estiro.
Figura 1.4 Ejemplo de una fileta
Capítulo I
Estado del arte
7
1.2.2 Peine
Está diseñado para facilitar la colocación de los hilos de manera rápida y cómoda. Cada juego
de dientes corresponde a un juego de conos de la fileta. Cada diente del juego es más largo que
el que le prexiste. Esta operación requiere menos de 15 minutos.
Figura 1.5 Peine para situar todos los hilos en paralelo
1.2.3 Tren de estiro
El tren de estiro mostrado en la figura 1.4 consiste en una serie de rodillos colocados
sucesivamente de forma que entre el primero y el último existe un aumento de velocidad, en
una relación igual a la que se requiera que estiren los hilos. Para facilitar esta operación la
mayor parte de rodillos van calefactados y además entre los primeros y el primer trío de
rodillos existen unas placas calefactoras eléctricas con la misma finalidad, facilitar la
operación de estirado de los hilos.
Figura 1.6 tren de estiro
Entre el primer trío de rodillos y el segundo, igualmente calefactados, se sitúa una segunda
placa calefactora eléctrica, cuya misión consiste en fijar la relajación de los hilos, relajación
que se consigue disminuyendo la velocidad del segundo trío de rodillos con respecto al
primero, en el valor deseado.
1.2.4 Cabezal de recogida
Soporta el plegador donde se arrollan los hilos en paralelo hasta su completo llenado.
Capítulo I
Estado del arte
8
En este tipo de proceso, el último trío de rodillos debe tener una temperatura aproximada de
40 ºC. Dado que previamente los hilos pasan por una placa calefactora cuya temperatura llega
a los 120 ºC, por efecto de la transmisión de calor de la placa al hilo, no se consigue en el
último trío este valor, sino temperaturas superiores, motivo por el cual se necesita disipar el
calor aportado mediante el sistema de refrigeración del aceite que calefacciona a dichos
rodillos.
1.2.5 Carrete
Cilindro generalmente con el eje hueco en el que se enrollan hilos. Un carrete en una maquina
urdidora es la parte final del proceso donde se unen todos los hilos una vez tensados hasta
formar un rollo de hilo uniformemente lleno sin bordes como se observa en la figura 1.7, ya
que si se llega a tener algún borde el hilo no podrá servir para los procesos siguientes.
Figura 1.7 Carretes
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
9
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
10
La máquina urdidora de carrete MAYER C SL localizada en la Escuela Superior de Ingeniería
Textil se encontró en malas condiciones tanto mecánicas como eléctricas y no contaba con
ningún dispositivo electrónico.
La máquina urdidora de carrete contaba con un interruptor trifásico de cuchillas el cual era el
encargado de encender la maquina urdidora de carrete, sin contar con un botón de arranque ni
con las protecciones necesarias para el motor que se encarga de enrollar los hilos.
Además contaba con un dispositivo mecánico (peine) que de forma manual realizaba un
movimiento de vaivén para que los hilos se enrollaran uniformemente.
La maquina al arrancar enrollaba los hilos pero necesitaba de un operario que moviera el peine
para enrollar los hilos de manera uniforme, cuando uno o más hilos se rompían el carrete o
julio salía con defectos debido a que cuando esto ocurría la maquina no se detenía y el motor
seguía enrollando el hilo, para parar la máquina el operario debía dirigirse hacia el interruptor
de cuchillas y cortar la corriente eléctrica e inmediatamente reponer los hilos rotos y colocar
otro carrete, por este motivo la maquina no era utilizada.
A partir de que se observaron las condiciones de la máquina, las funciones que realizaba y no
realizaba se llevo a cabo una descripción para poder brindar propuestas que ayudaran a la
rehabilitación y puesta en marcha.
2.1 Localización del proyecto
El proyecto se encuentra en el laboratorio de tejidos (ver diagrama de distribución, pagina 87),
de la Escuela Superior de Ingeniería Textil escuela del Instituto Politécnico Nacional
localizada en la ciudad de México, Distrito Federal.
2.2 Ubicación del proyecto
Av. Instituto Politécnico Nacional S/N, Edificio # 8, U. Profesor Adolfo López Mateos, Col
Lindavista , C.P.07300,Ciudad de México, Distrito Federal, figura 2.1.
Figura 2.1 Ubicación del Proyecto
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
11
2.3 Descripción de la máquina MAYER C SL
Para poder llegar a una propuesta para la rehabilitación y puesta en marcha de la máquina
urdidora MAYER C SL fue necesario hacer un análisis a partir de una descripción de las
partes que la componen, para realizar la descripción se tomaron fotografías de las partes de la
máquina urdidora y se observo el estado en que se encontraban.
En las figuras que se mostraran a continuación se realiza una descripción del estado de la
máquina urdidora.
Figura 2.2 Fotografía de la máquina urdidora (fileta) MAYER C SL
En la figura 2.2, la imagen muestra cada uno de los soportes que muestran los guía hilos,
tensores y disparos de paro, para guiar y transportar los hilos por medio de arrastre. la posición
de los carretes de hilo que se mezclaran más adelante para hacer el urdido del mismo.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
12
Figura 2.3 Fotografía de descripción de la máquina urdidora MAYER C SL
En la figura 2.3 se observa el porta platos tensores con dos postes en este caso cajas de
orificios y los orificios comúnmente llamados ojillos por donde pasa el hilo, una vez que ha
sido colocado sobre su porta cono, por cada orificio entra un hilo de los conos, es decir, en
cada caja de orificios entraran 15 hilos, en total por las doce borneras nos dan un total de 1500
hilos que pasan al peine que a través de un vaivén ayuda a que el enrollamiento en carrete sea
de manera uniforme.
Figura 2.4 Fotografía de descripción de la máquina urdidora MAYER C SL
En la figura 2.4 se observa la pieza que proporciona tensión uniforme al hilo para que no se
reviente y no cause defectos en el enrollamiento; en donde también se puede observar el motor
de arrastre.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
13
Figura 2.5 Fotografía de descripción de la máquina urdidora MAYER C SL
En la figura 2.5 se muestra un motor trifásico jaula de ardilla, conectado en estrella con un
motor reductor, el cual proporciona el giro para el enrollamiento de los hilos en el carrete.
Figura 2.6 Fotografía de descripción de la máquina urdidora MAYER C SL
En la figura 2.6 se observa el carrete al que se le aplica el proceso de urdimbre, este carrete
gira por la acción del motor reductor a velocidad constante.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
14
Figura 2.7 Fotografía de descripción de la máquina urdidora MAYER C SL
Finalmente en la figura 2.7 se puede observar el mecanismo de vaivén cuyo movimiento es
proporcionado por una leva cuando un usuario mueve la manija con la que cuenta, con el
objetivo de que los hilos se enrollen en el carrete de manera uniforme.
2.3.1 Descripción del motor de enrrollamiento
Las características del motor de arrollamiento se obtuvieron de la placa de datos:
Motor trifásico jaula de ardilla.
Marca: siemens.
Conexión estrella a 380 v.
Corriente nominal de 870 mA.
2.3.2 Descripción del motor del vaivén
Este motor no cuenta con placas de datos por lo que se propuso alimentarlo de voltajes
pequeños a voltajes altos, es decir, las primeras pruebas que se le hicieron fueron con corriente
directa para ver como se comportaba, al ver que este no tenía ningún tipo de actividad se
propuso alimentarlo con corriente alterna , se tenía la idea de que por su tamaño este motor
podría ser monofásico, pero al conectarlo tampoco tuvo funcionamiento hasta que se opto
finalmente por alimentarlo a la corriente trifásica teniendo como resultado la puesta en marcha
del motor.
La función que tiene este motor es de mover una leva, para que esta a su vez tenga el
movimiento conocido como vaivén, es decir, de izquierda a derecha, en la flecha de este
pequeño motor tiene una pequeña ranura donde se acopla a la leva para provocar que la leva
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
15
tenga un movimiento y cree el efecto necesario para un buen enrollamiento de los hilos en el
carrete o julio.
2.4 Análisis de la problemática y de las necesidades de la rehabilitación de la máquina
urdidora MAYER C SL
Las problemáticas generales que presenta la maquina son:
1. El motor que mueve el carrete se pone en marcha directamente con el interruptor de
cuchillas con fusibles.
2. El enrollamiento de carrete se hace de manera desproporcionada por lo que el carrete
sale con defectos.
3. Cuando existe una falla el proceso sigue su marcha.
4. La función que realiza el peine a través de un vaivén aun es de manera manual, por lo
que es necesario un operador que esté realizando el movimiento.
Una vez que se hizo la descripción se observo la necesidad de la puesta en marcha y la
rehabilitación de la maquina, para la puesta en marcha es necesaria la colocación de botoneras
para el arranque y paro del motor; para la parte de rehabilitación se ve la necesidad de una
señal de paro por emergencia para no desperdiciar carretes cuando uno o varios hilos se han
roto, también una alarma indicadora de paro por emergencia para saber que es necesario
corregir el hilo roto , y es evidente que se tiene la necesidad de implementar displays de 7
segmentos para indicar la línea de fallo y un sistema que detecte las veces que falla para saber
que es necesario un ajuste mecánico, en resumen , se necesita un acondicionamiento eléctrico,
un acondicionamiento electrónico y un acondicionamiento mecánico para poder rehabilitar
esta maquinaria.
2.5 Propuestas para la rehabilitación de la máquina urdidora
Una vez analizadas las necesidades de la maquina urdidora se propone a continuación una
serie de acondicionamientos importantes para la rehabilitación y automatización. Debido a que
es una maquina industrial será necesario realizar un acondicionamiento mecánico, eléctrico y
electrónico.
A continuación analizaremos una serie de propuestas de acondicionamiento para lograr la
rehabilitación y automatización de la maquina urdidora.
2.5.1 Propuesta de acondicionamiento eléctrico de la máquina urdidora de carrete
En lo que se refiere al acondicionamiento eléctrico en esta máquina urdidora se implementara
una botonera con 2 botones, uno de ellos va hacer que se acciones los 2 motores, es decir,
botón de arranque y el otro será para el paro de los motores. Por otra parte se contara con otro
botón en la parte de las filetas, su función de este será de prueba, funcionara como un reinicio
para la maquina, esto para que después de que se halla roto un hilo, se oprima y vuelva a
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
16
iniciar el proceso de urdido adecuadamente. Se contara con una caja de conexiones en donde
se colocaran un relevador contactor para cada motor, y un relevador térmico de sobrecarga, la
caja de conexiones contara con un interruptor trifásico para darle mantenimiento a la misma, y
además dentro de esta misma caja de conexiones que se armara se colocaran las clemas para
realizar las conexiones entre el circuito de fuerza y el circuito de control.
2.5.2 Propuesta de acondicionamiento electrónico de la máquina urdidora de carrete
Para lograr una adecuada rehabilitación de la maquina urdidora de carrete será necesario
aplicar un acondicionamiento electrónico el cual puede estar basado en diferente tecnología,
para ello realizaremos un análisis de la tecnología existente para poder elegir el
acondicionamiento más conveniente y menos costoso.
2.5.2.1 Propuesta para el acondicionamiento con electrónica de potencia y circuitos lógicos
Este tipo de control fue la primera propuesta que surgió para darle solución al problema que
presentaba el cliente, este circuito consta de muchos elementos de electrónica de potencia
como lo serian los opto acopladores y reguladores de voltaje para realizar algunos
acoplamientos de flip-flops. También cuenta con bastantes elementos de lógica combinacional,
todos estos elementos se describen a continuación [3].
Sistema combinacional
Se denomina sistema combinacional o lógica combinacional a todo sistema digital en el que
sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas en un momento dado, sin que
intervengan en ningún caso estados anteriores de las entradas o de las salidas. Las funciones
(OR,AND,NAND,XOR) son booleanas (de Boole) donde cada función se puede representar en
una tabla de la verdad. Por tanto, carecen de memoria y de retroalimentación.
Optoacoplador
También llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y
recepción que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo
LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o
fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un
fotoreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un
encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a
dispositivos sensibles.
Flip- flops.
Es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo
indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta característica es ampliamente utilizada en
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
17
electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando
sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:
Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS.
Síncronos: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si
las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso
contrario asíncronas.
La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o
de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y
dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.
Reguladores de voltaje.
Dentro de los reguladores de voltaje con salida fija, se encuentran los pertenecientes a la
familia LM78xx, donde “xx” es el voltaje de la salida. Estos son 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 y
24V, entregando una corriente máxima de 1 Amper y soporta consumos pico de hasta 2.2
Amperes. Poseen protección contra sobrecargas térmicas y contra cortocircuitos, que
desconectan el regulador en caso de que su temperatura se juntura y supere los 125°C.
Diodos rectificadores.
Son dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre “diodo rectificador”
procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de
corriente alterna.
Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se
polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica.
Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello,
evita el paso de la corriente en tal sentido.
2.5.2.2 Propuesta para el acondicionamiento electrónico con el uso de un microcontrolador
Un microcontrolador es un circuito integrado que incluye en su interior las tres
funcionalidades básicas de una computadora, es decir [4]:
CPU.
Unidades de entrada y salida.
Memoria.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
18
Un microcontrolador difiere de un microprocesador el cual requiere conectarse a una memoria
y a dispositivos de entrada y salida, mientras que en el microcontrolador tenemos capacidades
de almacenamiento de datos e instrucciones en memoria y además comunicación con el
entorno, esto en un mismo chip y no requiere de otros dispositivos para funcionar [5].
En general la arquitectura básica de un microcontrolador es la siguiente:
Memoria: Para manejar la memoria requerimos indicar la localidad mediante su
dirección (direccionamiento) y recibir o mandar los datos que deseamos leer o escribir,
poniendo un 1 o un 0 en la línea de lectura/escritura.
CPU (Unidad central de procesamiento): Es la se encarga de realizar las operaciones
aritméticas y lógicas auxiliándose de unas pocas localidades de memoria construidas
para tal fin, llamadas registros. En ellos se almacenan los datos que va a procesar la
unidad aritmética-lógica, así como los resultados. Es claro que tanto los datos a
procesar “materia prima”, como los resultados “producto terminado” requieren ser
intercambiados con la memoria, que tiene mayor capacidad de almacenamiento, lo que
ocasiona la necesidad de una vía rápida para su comunicación, llamada bus.
BUS: Físicamente son alambres o pistas conductoras. El microcontrolador cuenta con
dos tipos de buses, el de datos y el de direcciones.
El bus de direcciones nos sirve para transmitir direcciones entre el CPU y memoria, y
el bus de datos para conectar el resto de bloques. Finalmente para enviar o recibir datos
al microcontrolador necesitamos un bloque cuyas localidades de memoria estén
conectadas al bus de datos por un extremo y por el otro a los pines del
microcontrolador a este bloque le llamaremos puerto.
Entradas y salidas: Son puertos que utiliza el microcontrolador para poder comunicarse
con el exterior, dependiendo del microcontrolador se pueden tener pocas o muchas
entradas.
Perro guardián (watch dog): Permite reiniciar el microcontrolador, también sirve como
un contador, al cual se escribe un cero cada que se realiza con éxito un programa.
Cuando se “traba” no es posible escribirle el cero y el guardián reiniciará el
microcontrolador.
Timers: Son utilizados para controlar periodos de tiempo en que se ejecutan las
instrucciones.
Contadores: Son utilizados para llevar la cuenta de sucesos que suceden en el exterior.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
19
Comunicación serial: Consiste en el envío de un bit de información de manera
secuencial, esto es, un bit a la vez y a un ritmo acordado entre el emisor y el receptor,
esto lo usan los microcontroladores para enviar y recibir datos desde una computadora,
esta capacidad es útil muchas veces para la creación de interfaces graficas y o HMI
(interface hombre maquina) para poder interactuar y dar órdenes al microcontrolador
desde la computadora.
Convertidor analógico digital: Los microcontroladores cuentan con este dispositivo el
cual es capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario para
poder interactuar con los datos desde la computadora a través de la programación.
Programa: Cada microcontrolador cuenta con su lenguaje de programación y muchas
veces un software especifico para ello, dicha programación dependerá de un algoritmo
que previamente se pensara para que realice las tareas que cumplan con el objetivo que
tendrá el uso del microcontrolador.
Una vez analizadas las características del microcontrolador, se observa que es una propuesta
con muchas ventajas sobre el control clásico para poder hacer la automatización del proceso
de urdido. Físicamente las entradas del microcontrolador seran cada una de las líneas de
urdido, para poder ejecutar acciones cada que una de estas líneas de urdido falle, es decir,
cada que uno de los hilos se rompa dependiendo de la línea, el microcontrolador recibiría un
uno lógico y así el ojillo de la bornera hará contacto cerrando el circuito y mandara el uno ,
cuando esto suceda mediante programación se mandara a la salida un paro para los motores
del proceso , tanto para el que proporciona movimiento al vaivén como para el que realiza el
enrollamiento del hilo en el carrete o Julio, además de esto se mostrara en display la línea de
fallo para que el operador a cargo del proceso pueda identificar y reparar rápidamente la línea
dañada y el hilo roto, esto se trabajara en una de las columnas donde se encuentran las
borneras ( figura 2.2 y 2.3) y se repetira en la segunda columna, por lo que se necesitarían dos
display.
2.5.2.3 Propuesta para el acondicionamiento electrónico con el uso del PLC
Un PLC (controlador lógico programable) es un dispositivo electrónico usado en la
automatización industrial.
Como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos
secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en
ambientes industriales.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
20
Los PLC sirven para realizar automatismos, se puede ingresar un programa en su disco de
almacenamiento, y con un microprocesador integrado corre el programa, cabe mencionar que
existen infinidades de tipos de PLC.
Los PLC tienen su origen de la necesidad industrial que se remonta a finales de la década de
1960, cuando la industria busco en las nuevas tecnologías electrónicas una que fuera eficiente
para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores
y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica
combinacional.
Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de tarjetas o circuitos
impresos, sobre los cuales están ubicados componentes electrónicos.
El controlador programable tiene la estructura típica de sistemas programables, como por
ejemplo, una microcomputadora.
La estructura básica consta de:
Fuente de alimentación.
Unidad de procesamiento central (CPU).
Módulos de interfaces de entradas/salidas (E/S).
Módulos de memoria.
Unidad de programación.
En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es muy exigente, se
incluyen módulos inteligentes.
Fuente de alimentación
La función de la fuente de alimentación en un PLC, es suministrar energía a la CPU y demás
tarjetas según la configuración del PLC.
+5v Para alimentar a todas las tarjetas.
+5.2v Para alimentar al programador.
+ 24v Para los canales del lazo de corriente 20mA.
Unidad de procesamiento central (CPU)
Es la parte compleja e imprescindible del controlador programable, que en otros términos
podría considerarse el cerebro del controlador.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
21
La unidad central está diseñada a base de microprocesadores y memorias, contiene una unidad
de control, la memoria interna del programador RAM, temporizadores, contadores, memorias
internas tipo relé, puertos de entrada y salida, etc. Su misión es leer los estados de las señales
de las entradas, ejecutar el programa de control y gobernar las salidas, el procesamiento es
permanente y a gran velocidad.
Módulos o interfaces de entradas y salidas (E/S)
Son los que proporcionan el vínculo entre el CPU del controlador y los dispositivos de campo
del sistema. A través de ellos se origina el intercambio de información ya sea para la
adquisición de datos o la del mando para el control de maquinas del proceso.
Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores, encontramos diferentes tipos de
entradas y salidas, cada una de las cuales sirve para manejar cierto tipo de señal, es decir,
discreta o analógica.
Módulos de memoria
Son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o permanente, por lo
general se cuenta con dos tipos de memorias:
Unidad de programación
Las terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la maquina;
estos aparatos están constituidos por teclados y dispositivos de visualización.
Ciclo de scan
El ciclo de scan es el ciclo que el autómata repite constantemente en sus tareas de control del
proceso, el cual esta constituido de las siguientes partes:
Comprobación de conexiones y memoria.
Lectura de la interfaz de entrada.
Escritura de la interfaz de salida.
Ejecución del programa de usuario.
Servicio a periféricos externos.
Este ciclo es vigilado por un reloj de guarda (watchdog), de modo que si se supera el tiempo
máximo indicado en él se aborta el ciclo en curso o bien se da un error y se detiene el
autómata, o bien se da un error informativo y se continua con otro nuevo ciclo[6].
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
22
Como se puede observar el PLC es utilizado en gran parte de la industria, es por eso que sería
una opción para el acondicionamiento electrónico de la maquina urdidora, en realidad la única
desventaja para su implementación es el costo, pero tiene capacidad para automatizar de
manera fácil el proceso de urdido, en general el PLC recibiría como entradas cada una de las
líneas de urdido , para poder ejecutar acciones cada que una de las líneas de urdido falle, es
decir, cada que uno de los hilos se rompa dependiendo de la línea , el PLC recibiría un uno
lógico y el ojillo de la bornera hará contacto cerrando el circuito y mandara el uno , y cuando
esto suceda mediante programación se mandara a la salida un paro para los motores del
proceso tanto para el que proporciona movimiento al vaivén como para el que realiza el
enrollamiento del hilo en el carrete o Julio, además de esto se mostraría en display la línea de
fallo para que el operador a cargo del proceso pueda identificar y reparar rápidamente la línea
dañada y el hilo roto, esto se trabajaría en una de las columnas donde se encuentran las
borneras ( figura 2.3 y 2.2) y se repetiría en la segunda columna, por lo que se necesitarían dos
display y solo un PLC.
2.5.3 Propuesta de acondicionamiento mecánico de la maquina urdidora de carrete
Una de las problemáticas de la maquina urdidora de carrete es que para que el arrollamiento de
los hilos sea de manera uniforme se necesita de un operario que haga el movimiento en el
peine, para solucionar esta problema se planteo acoplar mecánicamente la flecha de un motor
que fue proporcionado por el encargado del laboratorio a la leva para que este movimiento se
lleve de manera automática al arrancar el motor.
2.6 Propuesta seleccionada
Una vez analizadas las propuestas de acondicionamiento para la rehabilitación de la maquina
urdidora de carrete se determino que se llevaría a cabo lo siguiente:
El acondicionamiento eléctrico se hará como se sugirió en el punto 2.5.1, para el
acondicionamiento mecánico se acoplara la flecha del motor a una punta que se adapto en la
leva, la cual es la encargada del movimiento del peine para que los hilos se enrollen de manera
uniforme.
Finalmente para el acondicionamiento electrónico se designo el uso del microcontrolador, para
esto se hace una comparación entre cada uno de los 3 sistemas propuestos anteriormente.
El control clásico con electrónica de potencia y dispositivos que son de mayor dimensión
ocupa mucho espacio y ocupa más dispositivos que el control digital el cual por lo general
ocupa dispositivos de menor dimensión y el uso de microcontroladores por lo que reduce el
tamaño del circuito de control y se reduciría hasta 5 microchips de un circuito de control
clásico.
Capítulo II
Análisis de la maquina urdidora de carrete MAYER C SL
23
El PLC puede ser la mejor propuesta para el acondicionamiento electrónico para el circuito de
control, pero sería costoso meter un dispositivo electrónico de este tipo, incluso el sencillo de
estos dispositivos resultaría costoso e innecesario ya que no se explotarían todas las
capacidades del mismo además de que se generaría costos por software, y para la aplicación
que lo requerimos que es este la automatización de la maquina urdidora un microcontrolador
cumple con el algoritmo del proceso de urdido.
Como se observa debido a su bajo costo la mejor opción es el microcontrolador, ya que su
software se puede obtener de manera gratuita, además de que no ocupa mucho espacio y
requiere de pocos dispositivos externos para su completo funcionamiento.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
24
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
25
3.1 Descripción técnica de los materiales
Los materiales se eligieron con base a las necesidades que exigía la maquina urdidora de
carrete para su rehabilitación y a un estudio técnico, a continuación se presenta una
descripción técnica de los materiales seleccionados para el ensamble.
Los materiales que se implementaran son:
Material. Foto descriptiva. Características
Relevadores
contactores de la
marca Telemecanique
a 127 V de CA.
Por medio de una bobina y un
electroimán, se acciona un
juego de uno o varios
contactos que permiten abrir
o cerrar circuitos eléctricos
Basadas en NEMA.
Interruptores
termomagnéticos
marca
Telemecanique.
Dispositivos sensibles a la
temperatura cuyos contactos
se abren o cierran cuando la
corriente del motor excede el
nivel determinado basadas en
NEMA.
Botonera de arranque
y botonera de paro.
Este dispositivo sirve para dar
acción de arranque o paro de
algún proceso.
Caja de protección y
seguridad.
Esta caja tiene como función
proteger al usuario de los
elementos eléctricos que
alimentan al circuito principal
de fuerza.
Conductores.
Se utilizaron distintos tipos
de calibres en su mayoría
del 12AWG y 10AWG
para hacer todo el
alambrado de la parte
eléctrica y de control.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
26
Interruptor trifásico
de maneta.
Este dispositivo sirve como
protección para aislar en
caso de dar mantenimiento
a la parte del control de
fuerza seccionando la
alimentación trifásica.
Microcontrolador
PICAXE-18M2.
Dispositivo semiconductor en el
cual se realizo el programa que
ejecutara el accionamiento de
alarmas mediante un lenguaje de
programación.
Display 7 segmentos.
Dispositivo que permite mostrar
información al usuario de
manera visual.
Optoacopladores
4N37.
es un dispositivo de emisión y
recepción que funciona como un
interruptor excitado mediante la luz
emitida por un diodo LED que
satura un componente optoelectrico.
Gabinete de montaje
eléctrico.
Esta caja sirve para mantener
protegido el circuito
electrónico de control.
Herramientas básicas
para instalaciones
eléctricas
Se utilizaron herramientas
como cautín multímetro para
hacer mediciones y poder
soldar la parte de control
electrónico.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
27
Transformador
reductor de 127v de
CA a 12 v con
derivación central.
Un transformador reductor es
un dispositivo encargado de
reducir la alta tensión a baja
tensión.
Diodos IN4004
Su principal función la cual
consiste en separar los ciclos
positivos de una señal de
corriente alterna
Resistencias de 10 y
330Ω.
Este dispositivo electrónico su
función principal es oponerse
al paso de la corriente.
Transistor BC547
Es un dispositivo
semiconductor con tres
terminales utilizado como
amplificador e interruptor
Bornes de conexiones
de 2, 4 y 6 terminales.
Se utiliza dentro de la
tablilla como terminal de
las salidas para cada una de
las
Capacitor cerámico de
.22 y .1 µF.
Se usan para almacenar la
carga, y moderar el voltaje
de salida y las fluctuaciones
de corriente en la salida
rectificada.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
28
Regulador de voltaje
LM340.
Mantiene dentro de un
parámetro predeterminado y
mantiene a la salida una
tensión constante
(regulada).
Diodos IN4001
Su principal función la cual
consiste en separar los
ciclos positivos de una
señal de corriente alterna.
3.1.1 Descripción técnica de los materiales seleccionados para el acondicionamiento eléctrico
A continuación se describen los materiales utilizados para el acondicionamiento eléctrico.
Contactor
Componente electromecánico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de
corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando, tan pronto se energice la
bobina, los contactores cuentan con los elementos mostrados en la figura 3.1
Figura 3.1 Relevador contactor
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
29
En la figura 3.1 se aprecian las partes del relevador contactor, las cuales se describen a
continuación.
Carcasa
Es el soporte fabricado en material no conductor que posee rigidez y soporta el calor no
extremo, sobre el cual se fijan todos los componentes conductores al contactor. Además es la
presentación visual del contactor.
Electroimán
Es el elemento motor del contactor, compuesto por una serie de dispositivos, los más
importantes son el circuito magnético y la bobina; su finalidad es transformar la energía
eléctrica en magnetismo, generando así un campo magnético muy intenso, que provocará un
movimiento mecánico.
Bobina
Es un enrollamiento de cable de cobre delgado con un gran número de espiras, que al
aplicársele tensión genera un campo magnético. Éste a su vez produce un campo
electromagnético, superior al par resistente de los muelles, que a modo de resortes, se separan
la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente.
Cuando una bobina se alimenta con corriente alterna la intensidad absorbida por esta,
denominada corriente de llamada, es relativamente elevada, debido a que en el circuito solo se
tiene la resistencia del conductor.
Núcleo
Es una parte metálica, de material ferromagnético, generalmente en forma de E, que va fijo en
la carcasa. Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina
(colocada en la columna central del núcleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura.
Espira de sombra
Forma parte del circuito magnético, situado en el núcleo de la bobina, y su misión es crear un
flujo magnético auxiliar desfasado 120° con respecto al flujo principal, capaz de mantener la
armadura atraída por el núcleo evitando así ruidos y vibraciones.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
30
Armadura
Elemento móvil, cuya construcción es similar a la del núcleo, pero sin espiras de sombra. Su
función es cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina, ya que debe estar
separado del núcleo, por acción de un muelle. Este espacio de separación se denomina cota de
llamada.
Resorte
Es un muelle encargado de devolver los contactos a su posición de reposo una vez que cesa el
campo magnético de la bobina.
NOTA: Los relevadores contactores que gobiernan los motores utilizados para el circuito de
fuerza para la rehabilitación de la maquina urdidora es de la marca telemecanique, cuyas
bobinas trabajan a 127 volts de CA.
Relevador térmico
Son los relevadores de sobrecarga y son dispositivos sensibles a la temperatura cuyos
contactos se abren o cierran cuando la corriente del motor excede un límite indicado. La
corriente fluye a través de un elemento térmico se expande y provoca que los contactos actúen
.Los relevadores térmicos son los aparatos utilizados para proteger los motores contra las
sobrecargas débiles y prolongadas como se muestra en figura 3.2.
Figura 3.2 Relevador térmico de sobrecarga
Los relevadores térmicos figura 3.2 , se utilizan para proteger los motores de las sobrecargas,
pero durante la fase de arranque deben permitir que pase la sobrecarga temporal que provoca
el pico de corriente, y activarse únicamente si dicho pico, es decir, la duración del arranque,
resulta excesivamente larga. La duración del arranque normal del motor es distinta para cada
aplicación; puede ser de tan sólo unos segundos por lo que es necesario contar con relés
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
31
adaptados a la duración de arranque. La norma IEC 947-4-1-1 responde a la necesidad
definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica:
Relés de clase 10: válidos para todas las aplicaciones corrientes con una duración de
arranque inferior a 10 segundos.
Relés de clase 20: admiten arranques de hasta 20 segundos de duración.
Relés de clase 30: para arranques con un máximo de 30 segundos de duración.
Figura 3.3 Clases de disparo
3.1.2 Descripción técnica de los materiales seleccionados para el acondicionamiento electrónico
Los materiales utilizados para el acondicionamiento electrónico fueron divididos en dos
categorías, los utilizados para el diseño de la fuente de corriente continua y los utilizados para
el diseño del circuito electrónico de visualización de fallas.
3.1.2.1 Descripción técnica de los materiales seleccionados para el circuito electrónico de visualización de
fallas
A continuación se describen los materiales utilizados en el diseño del circuito electrónico de
visualización de fallas.
Microcontrolador
Como se explico en el capitulo anterior la mejor opción para el circuito de control es el uso del
microcontrolador. En el mercado existen diferentes marcas que se dedican a la venta de
microcontroladores, para elegir el indicado se analizaron 3 microcontroladores que cumplan
con las necesidades del proyecto, y así poder elegir la mejor opción para su implementación.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
32
1._ Arduino Uno (figura 3.4)
Figura 3.4 Placa entrenadora Arduino Uno
Arduino es una plataforma de cómputo libre basado en una tarjeta de entradas y salidas
digitales y analógicas programadas en un ambiente con un lenguaje similar a C llamado
Processing/Wiring, cuyo software es gratuito.
Figura 3.5 Ambiente de programación Arduino
En la figura 3.5 se muestra la plataforma de programación del microcontrolador arduino.
Las características más resaltantes de esta placa son:
Contiene un microcontrolador AVR ATmega328 con un cristal de cuarzo de 16Mhz
por lo que este microprocesador puede ser una opción para la implementación.
El microcontrolador se entrega con un bootloader, el cual es un programa sencillo que
no tiene la totalidad de las funcionalidades de un sistema operativo, y que está
diseñado exclusivamente para preparar todo lo que necesita el sistema operativo para
funcionar y que permite su programación sin necesidad de ningún tipo de programador
externo.
Tiene 32 KB de memoria de programa RAM de 2KB (antes 1KB) y EEPROM de 1
KB.
La carga de los programas es a una velocidad de 115000 baudios.
Trabaja con voltajes de 5v a 12v.
Este microcontrolador es potente para aplicaciones específicas, su costo no es elevado aun que
existen microcontroladores aun mas económicos.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
33
2._ MSP430 (figura 3.6)
Es un microcontrolador útil y utilizado por Texas Instruments.
Figura 3.6 Tarjeta de desarrollo de Texas Instruments
Características:
Launchpad es una herramienta de evaluación y de desarrollo para los
dispositivos de Texas Instruments MSP-430.
La tarjeta dispone de un socket DIP de 20 pines para uno de los dos
microcontroladores de 16 bits de la familia MSP430 que vienen con el kit, dispone
además de una conexión USB que permite descargar y depurar programas
directamente en el hardware.
Dispone de dos botones (uno de reset), un par de LEDs y unos headers (hembra y
macho) para poder acceder a los pines del microcontrolador,
Existen microcontroladores MSP430 realmente poderosos y esta tarjeta de
desarrollo constituye un punto de entrada excelente para el desarrollo con
microcontroladores de TI.
Se alimenta a 5V de corriente directa.
Entre las ventajas de este launchpad es que cuenta con la tarjeta de desarrollo, los fabricantes
de estos microcontroladores regalan muestras para poder realizar proyectos, pero su mayor
desventaja es el software ya que hay que pagar para poder tener uso del mismo.
3._ PICAXE(figura 3.7)
Un PICAXE es un microcontrolador que contiene un código bootstrap que habilita al
microcontrolador PICAXE para que pueda ser re-programado directamente vía una simple
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
34
conexión serie, esto elimina la necesidad de un costoso programador convencional. Otra
característica importante de este microcontrolador es que puede ser programado en lenguaje
BASIC o en diagramas de flujo.
El sistema PICAXE puede ser usado con 4 tamaños de chips PICAXE (8, 18, 28 y 40 pines).
La principal diferencia entre los tamaños de chips es el número de pines disponibles para
entradas /salidas, mientras más grande es el chip resulta alto el costo, pero se tienen más pines
disponibles de entrada/salida. Se programa en lenguaje Basic que es común para todos los
tamaños de chips.
Figura 3.7 Circuito mínimo para realizar una descarga
Como se observa en la figura 3.7 es mínimo lo que se requiere para realizar una descarga al
programa por una simple comunicación serie, se puede apreciar que se puede poner una
arreglo para un reset del microcontrolador.
Una vez que se hizo el análisis entre los microcontroladores se puede apreciar que el
microcontrolador con las mayores ventajas es el PICAXE ya que su software es libre y es fácil
comunicarlo con la PC para cargarle un programa, además haciendo una comparativa de
precios, es económico y que cumple con las necesidades que exige la aplicación en cuanto al
número de entradas y salidas.
Ya que hemos elegido el microcontrolador que se va utilizar, ahora lo dimensionaremos de
acuerdo a nuestro proceso de urdido por lo que:
Tenemos 20 borneras como se observa en la figura 3.8, distribuidas en 2 columnas, cada una
con 10 borneras (figura 2.2).
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
35
Figura 3.8 Borneras en la maquina urdidora
Como se observa en la figura 3.8 se tienen 2 columnas con 8 borneras cada una, el
acondicionamiento electrónico se trabajaría en una columna y se realizaría el mismo diseño
para la segunda columna.
Debido a que se trabajara por columna, necesitamos de un microcontrolador que cuente con:
Un mínimo de 5 entradas digitales, ya que cada dos borneras serán igual a una línea de fallo.
Que cuente con comunicación serial para trabajos futuros donde se requiera implementar una
interface grafica.
Que cuente con las salidas suficientes para conectar un decodificador de BCD a 7 segmentos
para utilizar un display, y una salida más que nos permita con un relevador de control mandar
un paro a los motores del proceso.
Con esos requerimientos mínimos que necesita nuestro proceso se opto por el siguiente
microcontrolador PICAXE cuyas características se describirán a continuación:
Figura 3.9 Microcontrolador PICAXE-18M2
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
36
Como se observa en la figura 3.9 la mayoría de los pines pueden ser configurados como
entradas y salidas, soporta comunicación serial, cuenta con un protocolo de comunicación I2C
y su alimentación de 4.5v a 5v, ya que estos requisitos son los necesarios para el proceso se
eligió PICAXE y se dimensiono para elegir el PICAXE de la familia M2 (véase hoja de datos
en anexos) con 18 pines (figura 3.10).
Figura 3.10 Microcontrolador PICAXE-18M2 en encapsulado
En la figura 3.10 se observa el microcontrolador PICAXE de forma física en un encapsulado,
el cual se eligió para implementar el acondicionamiento electrónico y así hacer la
rehabilitación y de la maquina urdidora.
Display
Dispositivo que permite mostrar información al usuario de manera visual.
NOTA: Para el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo un display de 8
segmentos de ánodo común (véase hoja de datos en anexos)
Optoacopladores
También llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y
recepción que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo
(LED) que satura un componente optoelectrónico.
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se
utilizaron un optoacopladores 4N37 (véase hoja de datos en anexos).
Decodificador BCD a 7 segmentos
Es un circuito combinacional que permite un código BCD en sus entradas y en sus salidas
activa un display de 7 segmentos para indicar un dígito decimal.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
37
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
un circuito integrado SN74LS47N (véase hoja de datos en anexos).
Transistor
Es un dispositivo semiconductor con tres terminales utilizado como amplificador e interruptor
en el que una pequeña corriente o tensión aplicada a uno de los terminales controla o modula
la corriente entre los otros dos terminales.
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
el transistor BC547 en configuración NPN (véase hoja de datos en anexos).
Diodos Rectificadores:
Dispositivos de la familia de los diodos sencillos. El nombre “diodo rectificador” procede de
su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna.
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
el diodo IN4041 (véase hoja de datos en anexos).
Relevador de control
Es un dispositivo que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el
que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos
que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
el JQC-3FC (T73) (véase hoja de datos en anexos).
Resistencia
Es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado,
atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones.
Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una
carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se
utilizaron resistencias de 10 Ω y 330Ω.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
38
3.1.2.2 Descripción técnica de materiales seleccionados para el diseño de la fuente de corriente continúa
A continuación se describen los materiales utilizados en el diseño de la fuente de corriente
continua.
Transformador reductor:
Un transformador es un dispositivo formado por dos bobinas arrolladas, empleado para
convertir las variaciones de corriente alterna de un voltaje a otro voltaje.
Un transformador reductor es un dispositivo encargado de reducir la alta tensión a baja
tensión. Es utilizado para disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de
los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina
la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
Transformador reductor de 127v de CA a 12 v con derivación central.
Capacitor:
Es un dispositivo que sirve para almacenar carga. Un capacitor es como una especie de
recipiente con cargas adentro. Tiene carga en sus placas. Esa carga está ahí guardada y no se
va a ningún lado. Mientras el capacitor esté cargado, la carga se conserva. Esta carga se puede
usar según lo requiera la aplicacion. Se le llama capacitor porque tiene capacidad para
almacenar carga
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
Capacitor cerámico de .22 y .1 µF.
Fusible:
Es un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o
aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación
eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un
cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la
integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o
destrucción de otros elementos.
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
un fusible de potencia de 1.6A a 250 volts.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
39
Regulador de voltaje
También llamado estabilizador o acondicionador de voltaje, es un equipo eléctrico que acepta
una tensión eléctrica de voltaje variable a la entrada, dentro de un parámetro predeterminado y
mantiene a la salida una tensión constante (regulada).
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
un Regulador de voltaje LM340. (Véase hoja de datos en anexos).
Capacitor electrolítico
Condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con
más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en
circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso
en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar
el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada.
NOTA: Para su implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas se utilizo
un capacitor electrolítico de 1000 µF a 25v.
Diodos:
Componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica
a través de él en un solo sentido.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
40
3.2 Diseño del circuito de fuerza y control para los motores trifásicos del proceso de
urdido
Como se menciono en capítulos anteriores, para la rehabilitación de la máquina urdidora es
necesario un acondicionamiento eléctrico, en la figura 3.11 se muestra el diagrama de fuerza y
el diagrama de control para los motores trifásicos del proceso, este diagrama se hizo con base
a la norma NOM_001_SEDE_2005 articulo 430 para la conexión de motores figura 3.12.
Figura 3.11 Diagrama de fuerza y control de los motores del proceso
Como se muestra en la figura 3.11, el circuito de fuerza cuenta con un interruptor de cuchillas
con fusibles (ICF), un interruptor trifásico (IT) que servirá para interrumpir la energía y darle
mantenimiento a la caja de conexiones en caso de que se requiera, cuenta con los relevadores
contactores que permitirán el arranque de cada uno de los motores (A y B), se puede apreciar
en la figura que cada motor contara con su relevador térmico de sobrecarga (SC y SC1).
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
41
En el circuito de control se observan los contactos auxiliares, el de sobrecarga (SC y SC1), las
bobinas de cada contactor (A y B), la botonera con botón te arranque (BA) y botón de paro
(BP), un contacto auxiliar del contactor A (A) y un contacto proveniente del circuito de
visualización de fallas (PPF) que es el contacto de paro por falla.
El diseño se realizo con base a la problemática de la maquina urdidora y con el objetivo de
darle solución al problema de arranque y paro, a continuación se presenta la secuencia de
operación del circuito control.
1._ Los motores trifásicos de la maquina urdidora podrán arrancar cuando se cumplan las
condiciones que se presentan a continuación.
Cuando se pulse el botón de arranque, al soltarlo el motor permanecerá encendido ya
que el circuito de control cuenta con un contacto de enclave, el cual es un contacto
auxiliar del relevador contactor A.
2._ Los motores trifásicos de la maquina urdidora se detendrán cuando se cumpla alguna de
las siguientes condiciones.
Cuando alguno de los motores presente sobrecarga.
Cuando se pulse el botón de paro.
Cuando se active el contacto de paro por falla (PPE) proveniente del circuito
electrónico de visualización de fallas (ver 3.4).
Se puede apreciar que en el diseño se considera que los motores trabajaran al mismo tiempo,
es decir los dos arrancan y se detienen con una misma señal, la cual proviene de forma manual
cuando el operario a cargo presiona el botón de paro o de forma automática mediante el
circuito de visualización de fallas.
NOTA: Para el diseño del circuito de fuerza se reviso la norma NOM_001_SEDE_2005 para
la conexión de motores la cual se ilustra en la imagen 3.12.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
42
Figura 3.12 Articulo 430 NOM_001_SEDE_2005 para la conexión de motores.
La norma ilustrada en la figura 3.12 muestra los elementos que se requieren para la conexión
de motores eléctricos.
Los fusibles utilizados en el diseño de este circuito han sido ya dimensionados y se utilizaran
fusibles de 10 A.
Los relevadores contactores utilizados son de la marca telemecanique y cuentan con bobinas
que trabajan con 127 volts de corriente alterna.
Las protecciones térmicas se determinaron de acuerdo a los datos de cada motor, a
continuación se presentan los cálculos de las protecciones térmicas para cada motor.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
43
Calculo de la protección térmica del motor de arrollamiento.
Datos.
Voltaje= 220 volts.
Potencia= 2hp.
FP=0.85.
N= 80%. (Eficiencia)
If= 1.7320 ampers
Una vez que fueron obtenidos los datos de la maquina se procedió a calcular la corriente Ip
(corriente de protección) por medio de la siguiente ecuación:
Ip= P/ (If) (E) (FP) (N)………. Ecuación (1)
Donde:
If=corriente de fase (ampers)
Ip: corriente de protección (ampers)
P: Potencia del motor (watts)
E: Tensión de alimentación (volts)
FP: Factor de potencia
N: Eficiencia
Sustituyendo los datos en la formula anterior tenemos que
Ip= ((1492)/ (1.732) (220) (0.85) (0.80))……… Ecuación (2)
Ip= 5.7 ampers.
Una vez obtenido el valor de la corriente se procedió a buscar en catálogos el relevador
térmico adecuado, el relevador que se selección es un relevador térmico de sobrecarga con las
siguientes características.
El interruptor seleccionado para el cálculo anterior es el GV1-M de la marca Telemecanique
que cubren una gama de 0.1 a 25 A asegurando así la protección del motor con un poder de
corte de 5 a 100KA. Para este caso se selecciono uno de 10 Amp.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
44
La protección del motor tiene un umbral de disparo no regulable. Es igual a unas 13 veces la
intensidad de reglaje máxima de los disparos térmicos. Los elementos térmicos de protección
contra sobrecarga son automáticamente compensados contra las variaciones de la temperatura
ambiente.
Calculo de la protección térmica del motor de vaivén.
Datos.
Voltaje= 220 volts
Potencia= 1/2hp= 368 watts
FP=0.85.
N= 80%. (Eficiencia)
If=1.7320 ampers
Una vez que fueron obtenidos los datos de la maquina procedemos a calcular la corriente Ip
(corriente de proteccion) por medio de la siguiente formula.
Ip= P/ (If) (E) (FP) (N)…….. Ecuación (3)
Donde:
Ip: corriente de protección (ampers)
If: corriente de fase (amperes)
P: Potencia del motor (watts)
E: Tensión de alimentación (volts)
FP: Factor de potencia
N: Eficiencia
Sustituyendo los datos en la formula anterior se tiene que
Ip= (368)/ (1.732) (220) (0.85) (0.80). …….ecuación (4)
Ip= 1.5 ampers.
Una vez obtenido el valor de la corriente se busca en catálogos el relevador térmico adecuado,
el relevador que se selecciono es un relevador térmico de sobrecarga con las siguientes
características.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
45
El interruptor seleccionado para el cálculo anterior es el GV1-M de la marca Telemecanique
que cubren una gama de 0.1 a 25 amperes asegurando así la protección del motor con un poder
de corte de 5 a 100KA. Para este caso se selecciono uno de 2 Amp.
La protección del motor tiene un umbral de disparo no regulable. Es igual a unas 13 veces la
intensidad de reglaje máxima de los disparos térmicos. Los elementos térmicos (protección
contra sobrecarga son automáticamente compensados contra las variaciones de la temperatura
ambiente.
NOTA: Los conductores que fueron utilizados en la instalación del proyecto fueron del calibre
12 y 14 respectivamente para las conexiones para las alimentaciones de los relevadores
contactores y demás componentes que compone el circuito de fuerza así mismo con el circuito
de control.
3.3 Diseño de la fuente de corriente continúa
La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión de corriente alterna a una
tensión de corriente continua y lo más estable posible, para ello se utilizan los componentes
que se pueden apreciar en el diagrama de bloques de la figura 3.13.
Figura 3.13 Diagrama de bloques de los componentes de la fuente de corriente continua
Transformador de entrada.
El transformador de entrada reduce la tensión de la red (generalmente de 200 o 127 volts) a
otra tensión más adecuada para usarla, el transformador solo trabaja con alimentación de
corriente alterna, esto quiere decir, que la tensión de entrada será de corriente alterna en el
primario y la salida en el secundario de igual manera seguirá siendo corriente alterna.
Por lo tanto, se dice, que la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de
espiras del primario y del secundario, como formula general se dice que:
V1=V2*(N1/N2)……….ecuación (5)
Donde N1 y N2 son las espiras del primario y de secundario.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
46
Para el transformador en la fuente de alimentación del circuito de control se tiene la siguiente
relación.
N1/N2 = V1/V2……Ecuación (6)
Se sustituye
N1/N2 = 127/12 = 10.58
Ahora que se obtuvo el cálculo de relación se sustituye el valor de relación en la ecuación (5).
127 Volts = V2 * (10.58)
127 Volts / (10.58) = V2
V2 = 12 volts.
Por el primario y el secundario pasan corrientes distintas, la relación de corrientes también
depende de la relación de espiras pero de forma inversa, de la siguiente forma:
I2 = I1 * (N1/N2)……Ecuación (7)
Donde I1 e I2 son las corrientes de primario y secundario respectivamente. Este cálculo se
utiliza para saber que corriente tiene que soportar el fusible que se utilice a la entrada del
transformador, de los datos de placa que se obtiene del transformador la corriente es de 0.2
Amperios. Esta corriente es la corriente máxima del secundario I2, pero se requiere saber que
corriente habrá en el primario (I1) para poner el fusible. Entonces se aplica la ecuación 6.
I2 = I1 * (N1/N2)
Sustituyendo se tiene:
0.2 = I1 * 10.58
I1 = 0.2 / 18.33 = 18.9 mA.
A partir de este valor se selecciona el fusible necesario.
Rectificador de diodos
Es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del transformador en tensión
continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce cuando la tensión de su ánodo es
mayor que la de su cátodo. Es como un interruptor que se abre y se cierra según la tensión de
sus terminales como se muestra en la figura 3.14.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
47
Figura 3.14 Operación del diodo
El rectificador se conecta después del transformador como se muestra en la figura 3.15, por lo
tanto, al alimentarse con tensión alterna se obtendrá a la salida tensión continua, es decir, un
polo positivo y otro negativo:
Figura 3.15 Rectificador de diodos
Como se puede observar en la figura 3.16 la tensión Vi es alterna y senoidal, esto quiere decir,
que a veces es positiva y otras negativa.
Figura 3.16 Grafica de tensión
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
48
El dato del transformador que se indica es de 6 voltios por lo tanto se habla de Vi. Pero la
tensión de pico Vmax vendrá dada por la ecuación:
Vmax = Vi * 1.4142……. Ecuación (8)
Donde:
Vi: tensión de entrada
1.4142 depende de la forma de onda y es la raíz cuadrada de 2
Vmax = 12 * 1.4142 = 16.97 V
El rectificador utilizado con frecuencia es el llamado rectificador en puente, su esquema es el
que se muestra en la figura.3.17.
Figura 3.17 Rectificador de diodos de puente
Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada
Vi y cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la
tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva.
El resultado es el mostrado en la figura 3.18.
Figura 3.18 Grafica de voltaje de salida del rectificador
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
49
Se observa en la figura 3.18 una tensión de salida que aun es necesario filtrar.
Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados en un solo
componente figura 3.19. Suele ser recomendable usar estos puentes rectificadores ya que
ocupan un espacio pequeño que al poner los cuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya
preparados para ser montados en un disipador de calor.
Figura 3.19 Rectificador de diodo en encapsulado
Estos componentes tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador,
uno la salida positiva y otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser:
~ Para las entradas en alterna
+ Para la salida positiva
- Para la salida negativa o masa.
Otro rectificador utilizado es el de dos diodos que se muestra en la figura 3.20, el cual es el
rectificador utilizado en el diseño de la fuente que se ocupa para alimentar el circuito de
visualización de falla de la presente aplicación.
Figura 3.20 Rectificador de dos diodos
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
50
Tal y como son las tensiones en A y en B nunca podrán conducir ambos diodos a la vez.
Cuando A sea positiva (B negativa) el ánodo de D1 estará a mayor tensión que su cátodo,
provocando que D1 conduzca. Cuando B sea positiva (A negativa) el ánodo de D2 estará a
mayor tensión que su cátodo, provocando que D2 conduzca. Obteniéndose la misma forma de
Vo que con el puente rectificador como se observa en la figura 3.21.
Figura 3.21 Grafica de respuesta a la salida del rectificador de dos diodos
La ventaja de este montaje es que solo utilizan dos diodos y solo conduce uno cada vez.
Cuando se habla de los diodos se dice que operan como interruptores que se abren y se cierran
según la tensión de sus terminales. Esto no es del todo correcto, cuando un diodo está cerrado
tiene una caída de tensión de entre 0,7 voltios y 1 voltio, dependiendo de la corriente que este
conduciendo esta caída puede ser mayor.
Esto quiere decir que por cada diodo que este conduciendo en un momento determinado se
"pierde" un volt aproximadamente.
En el rectificador de dos diodos conduce solamente un diodo a la vez, por lo tanto la tensión
de pico Vmax de la salida será un voltio inferior a la de la Vmax de entrada. Por ejemplo: Se
tiene un transformador de 6 V y se quiere saber la tensión de pico que queda cuando se agrega
un rectificador de un diodo, la tensión de salida de pico Vmax será la siguiente:
Vmax = (12 * 1.4142) - 1 = 15.97 V
En el rectificador en puente conducen siempre dos diodos a la vez, se dice que conducen dos a
dos, por lo tanto la tensión de pico de la salida Vmax será dos voltios inferior a la Vmax de
entrada. Por ejemplo: Se tiene un transformador de 6 voltios y se quiere saber la tensión de
pico que queda al ponerle un rectificador en puente, la tensión de salida de pico Vmax será la
siguiente:
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
51
Vmax = (12 * 1.4142) - 2 = 14.97 V
La forma de onda del rectificador con dos diodo y el rectificador en puente no son iguales y al
final acaba rindiendo mucho mejor el puente de diodos.
El filtro
La tensión en la carga que se obtuvo de un rectificador en forma de pulsos. En un ciclo de
salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después
de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de
circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce
una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un
filtro.
El tipo común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos
perfectamente válido. Sin embargo, en algunos casos puede no ser suficiente y será necesario
adicionar algunos componentes electrónicos.
El filtro de condensador a la entrada es el filtro más común, basta con añadido un condensador
en paralelo con la carga (RL) como se ve en la figura 3.22
Figura 3.22 Filtro de condensador a la entrada
Cuando el diodo conduce, el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez
rebasado el pico positivo el condensador se abre.
Debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en
el secundario del transformador es un poco menor que Vmax, el cátodo del diodo esta a mas
tensión que el ánodo. Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la
carga. Durante este tiempo que el diodo no conduce el condensador tiene que "mantener el
tipo" y hacer que la tensión en la carga no baje de Vmax. Esto es prácticamente imposible ya
que al descargarse un condensador se reduce la tensión en sus extremos.
Cuando la tensión de la fuente alcanza de nuevo su pico el diodo conduce brevemente
recargando el condensador a la tensión de pico. En otras palabras, la tensión del condensador
es aproximadamente igual a la tensión de pico del secundario del transformador (hay que tener
en cuenta la caída en el diodo). La tensión Vo quedará como se muestra en la figura 3.23.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
52
Figura 3.23 Grafica de respuesta de Vo al pasar por el filtro de diodo a la entrada
Si se quiere ajustar el valor del condensador al menor posible la siguiente ecuacion
proporciona el valor del condensador para que el rizado sea de un 10% de Vo (regla del 10%):
C = (5 * I) / (f * Vmax)…….. Ecuación (9)
Donde:
C: Capacidad del condensador del filtro en faradios
I: Corriente que suministrará la fuente
f: frecuencia de la red
Vmax: tensión de pico de salida del puente (aproximadamente Vo)
Si se quiere conseguir un rizado del 7% puedes multiplicar el resultado anterior por 1.4, y si
requerimos un rizado menor resulta más recomendable que se use otro tipo de filtro o que se
use un estabilizador. Con base a lo que se tiene anteriormente el capacitor que se necita
calcular será el siguiente, Se tiene una alimentación de 9 volts a 18.9 mA. El rizado debe ser
inferior al 10%. Para ello se dispondra de un transformador de 12 V a 2.5 amperios.
Se calculara el valor del condensador según la fórmula del 10%, la corriente (I) es de 18.9 mA
la frecuencia (f) es 60 Hz y la Vmax es 14.5 V:
C = (5 * 0.0189) / (50 * 14.15) = F
C =133.4 µF
Se tomara el valor más aproximado por encima.
El regulador
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
53
Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de
proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que se desee.
La figura 3.24 muestra una el esquema de la fuente de alimentación regulada con rectificador
de dos diodos la cual se utilizo en el circuito electrónico que se presenta en este proyecto
utilizando uno de estos reguladores.
Figura 3.24 Fuente de alimentación con regulador
La tensión entre los terminales Vout y ADJ es de 1.25 voltios, por lo tanto podemos calcular
inmediatamente la corriente I1 que pasa por R1:
I1 = 1.25 / R1……. Ecuación (10)
Quedando de la siguiente manera
2.5*1.25=R1
R1=3.125 ohm
Por otra parte se puede calcular I2 como:
I2 = (Vout – 1.25)
1,25 / R1 = (Vout – 1.25)
Que despejando Vout se tiene:
Vout = 1.25 * (1 + R1)
Vout = 1.25* (1+3.125)
Vout= 5.15 v
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
54
Siendo este ultimo el resultado a la salida de la fuente de corriente continua.
Una vez que se realizo el diseño de la fuente de corriente continua, mediante el software PCB
wizard se diseño la tablilla impresa como se muestra en la figura 3.25.
Figura 3.25 Diseño del circuito impreso en PCB wizard
En la imagen 3.25 se observa todos los componentes utilizados para el ensamble de la fuente
excepto el transformador ya que este es montado al final.
3.4 Diseño del circuito electrónico de visualización de fallas y diseño de tableros de
conexión
El circuito electrónico de visualización de fallas se describe a continuación en el siguiente
diagrama de bloques mostrado en la figura 3.26.
Figura 3.26 Diagrama de bloques del circuito electrónico de visualización de fallas
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
55
La primera etapa para el diseño del circuito son las entradas del microcontrolador, dichas
entradas son señales digitales, las cuales físicamente son los ojillos por donde pasan los hilos
los cuales al dispararse se comportan como un interruptor cerrando circuito haciendo contacto
con la parte metálica del modulo de los ojillos mandando un uno lógico al microcontrolador.
Una vez que el microcontrolador recibe la señal de entrada la procesa de acuerdo al programa
cargado (Véase 3.4.1), y a partir de esto ejecuta dos salidas, la primer salida va a una etapa de
potencia la cual consta de un transistor en configuración NPN para activar un relevador de
control que interrumpe el paso de la corriente al circuito de fuerza provocando el paro de los
motores al existir una falla.
La segunda salida del microcontrolador es un conjunto de salidas en código BCD es decir 4
señales donde cada 1 va a un optoacoplador, es decir, a una etapa de aislamiento que sirve
para proteger al microcontrolador del ruido generado por las corrientes que generan los
motores y que viajan por todo el sistema electrónico, esto es porque la fuente de corriente
continua utiliza una de las fases que alimentan el motor.
Cuando las salidas en BCD salen de los optoacopladores estas entran a un decodificador de
BCD a 7 segmentos que detecta combinaciones lógicas de los 4 bits y a través de algebra de
boole proporciona salidas capaces de excitar un display de 7 segmentos para indicar un dígito
decimal.
En la figura 3.27 se muestra el diseño del circuito con los componentes físicos con ayuda del
software livewire.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
56
Figura 3.27 Diseño del circuito con los componentes físicos
El circuito mostrado en la figura 3.27 es el circuito equivalente al circuito mostrado en la
figura 3.26 del diagrama de bloques pero ahora con los componentes físicos descritos en la
selección de materiales.
El circuito se alimenta de una fuente de corriente continua que se diseño la cual entrega 5volts.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
57
NOTA: Se utilizaron resistencias para las entradas del microcontrolador, diodos para proteger
los optoacopladores, y resistencias de protección para el display de 7 segmentos.
El valor de las resistencias a la entrada del microcontrolador es de 330 Ω, las cuales se
utilizaron para habilitar y hacer que los valores de entrada al microcontrolador sean
adecuados.
El valor de las resistencias para protección de los optocacopladores y del display de 7
segmentos es de 330 Ω.
El circuito ilustrado mediante la figura 3.27 fue ensamblado y probado en una tablilla
protoboard para su posterior diseño en circuito impreso mediante el software livewire como
se muestra en la figura 3.28.
Figura 3.28 Diseño del circuito impreso
Físicamente se muestra en la figura 5.5
Una vez diseñado el circuito electrónico de visualización de falla y la fuente de corriente
continua se diseño una caja para montar en la maquina urdidora la cual se muestra en la figura
3.29.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
58
Figura 3.29 Diseño de la caja para montar
La caja de conexiones del circuito electrónico de visualización de fallas se puede ver
físicamente en la figura 5.6
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
59
La siguiente imagen se muestra la caja en donde se monto el circuito de fuerza (figura 3.30)
Figura 3.30 Caja de conexiones del circuito de fuerza
En la figura 3.31 se muestra la caja donde se conecto internamente la fuente y el circuito de
control.
Figura 3.31 Caja de conexiones de la fuente y circuito de control
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
60
3.4.1 Diseño del programa del microcontrolador
El microcontrolador es el elemento principal para el diseño del circuito de visualización de
fallas por lo que se describe, a continuación la programación y el software que se utilizo para
ello.
3.4.1.1 Programación del PICAXE
Los programas pueden crearse ya sea gráficamente utilizando organigramas, o programando
utilizando un lenguaje BASIC sencillo incluido en el software figura 3.30, para esta
aplicación el PICAXE fue programado en lenguaje BASIC.
Figura 3.32 Software de programación de PICAXE
3.4.1.2 Diagrama de flujo
Aun que el microcontrolador fue programado en lenguaje BASIC en la figura 3.32 se muestra
un diagrama de flujo donde se observa la programación y el código.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
61
Figura 3.33 Diagrama de flujo
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
62
El diagrama de flujo de la figura 3.33 muestra claramente la programación y la interpretación
es la siguiente:
Primero se habilitan todas las salidas del microcontrolador, estas se habilitan direccionando en
la memoria del microcontrolador en código hexadecimal FF o su equivalente en código
binario 11111111 lo que indica que todos los bits de salida estarán activados.
Una vez habilitadas las salidas, se modifica la frecuencia de operación del microcontrolador
para que opere a la misma frecuencia que los otros dispositivos electrónicos del circuito de
visualización de fallas la cual es de 4mhz.
Después de ajustar la frecuencia del microcontrolador, se programan las sentencias lógicas, es
decir cuando una de las entradas del microcontrolador es habilitada, a la salida del
microcontrolador se manda una señal, es decir, un 1 lógico para activar el relevador de control
y otra salida que esta compuesta por una combinación lógica de 4 bits que serán un número en
código BCD para su posterior decodificación y visualización en display de 7 segmentos.
Si ninguna entrada es activada el microcontrolador sigue ejecutando el código de manera
cíclica comparando el estado de las entradas.
El código programado que sigue la secuencia del diagrama de flujo se muestra en la figura
3.34.
Figura 3.34 Código en lenguaje BASIC.
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
63
En la figura 3.34 se observa el código de programación, asi como también las sentencias
lógicas y el direccionamiento de las salidas a los pines del microcontrolador.
El código se explica a continuación:
1. La instrucción “let dirsB” sirve para habilitar las salidas del microcontrolador, se
habilita asignando un 1 lógico para cada salida que se quiera habilitar.
2. La instrucción “main “sirve para indicar el inicio del cuerpo del programa.
3. La instrucción “setfreq” tiene la función de asignar la frecuencia de operación del
microcontrolador.
4. La instrucción “let pins” es utilizada para marcar el estado inicial de las salidas del
programa , se observa la siguiente combinación “00001111” donde leyendo los bits de
derecha a izquierda los primeros 4 bits son la combinación en BCD de los números que
queremos visualizar, si no existe alguna falla,es decir, no existe alguna señal de entrada
en el microcontrolador, el número equivalente en decimal que se mostrara en el display
una vez que estas salidas llegan a un decodificador será el numero 0, se observa que el
bit 4 , 5 y 6 permanecen en cero , esto es porque no se ocupan las salidas del
microcontrolador pertenecientes a estos bits, y finalmente el bit 6 es el bit que activara
el relevador de control que provocara el paro de los motores, en su estado inicial este
es igual a 0 por lo que el relevador permanecerá en su estado normalmente cerrado.
5. Las instrucciones siguientes son la lógica del programa las cuales trabajan de la
siguiente manera.
“if input1 is on then encendido1” cuando la entrada 1 del microcontrolador es activada
entonces realiza la función encendido1.
“encendido1
let pins=%01001110
end “
Donde “encendido 1” es el nombre de la función y donde “let pins=%01001110”
manda activar salidas del microcontrolador, como se explico anteriormente los bits del
0 al 3 de izquierda a derecha son una combinación de 4 bits que se mandan a un
decodificador para mostrar un número equivalente en decimal y los bits cuarto , quinto
y séptimo permanecen siempre en 0 mientras que el bit 6 como se puede observar en
esta instrucción ahora cambia su estado a 1 mandando activar el relevador que
provocara el paro de los motores.
Finalmente la instrucción “end “sirve para dar finalización al programa
Estas instrucciones son repetitivas, es decir, cuando una entrada es activada, dependiendo de la
entrada se mandara un numero en BCD para después ser decodificado y visualizado en display
y al mismo tiempo se activa el bit 6 que habilita un relevador para provocar el paro del motor
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
64
y en ese momento el microcontrolador detiene el ciclo del programa, siendo necesario
reinicializarlo una vez corregida la falla.
Una vez capturado el código se verifico que no existieran errores, es decir, se compilo y
después se simulo.
3.4.1.3 Simulación
La simulación se puede definir como el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y
llevar a término experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del
sistema, una de las herramientas más poderosas para la simulación es la computadora que
mediante un software puede lograr realizar este proceso.
Una de las ventajas de utilizar el microontrolador PICAXE y del software es que nos permite
simular el estado de las entradas y salidas aun antes de cargar el programa, esto es útil ya que a
veces con la compilación del microcontrolador no se asegura que la lógica del programa sea la
correcta, y una vez simulando y observando que la secuencia es correcta, se puede cargar el
programa.
El ambiente del software para la simulación se muestra en la figura 3.35
Figura 3.35 Simulación PICAXE
En la figura 3.33 se observa la simulación del PICAXE, cuando se ejecuta se observa como el
microcontrolador va ejecutando cíclicamente el código, como se menciono esta es una
Capítulo III
Diseño para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
65
herramienta importante para simularlo y verificar que el código aparte de no tener errores se
ejecuta de acuerdo a una determinada secuencia.
3.4.1.4 Descarga e implementación del programa.
Una vez que el código fue compilado, verificado y además simulado para comprobar el
adecuado funcionamiento de las entradas y salidas se descargo el programa al PICAXE
mediante su tablero electrónico que provee de comunicación entre el microcontrolador y la
computadora.
NOTA: El cable utilizado para la comunicación entre el PICAXE y la computadora es el cable
RS232, para computadoras actuales, netbooks y notebooks es necesario un convertidor
universal de USB a RS232.
Una vez que se descargo el programa al PICAXE, el microcontrolador queda listo para su
implementación en el circuito electrónico de visualización de fallas.
Capítulo IV
Costos
66
Capítulo IV
Costos
Capítulo IV
Costos
67
4.1 Costo de materiales para la rehabilitación de la máquina MAYER C SL
En la tabla 4.1 se muestra el costo de los materiales para el acondicionamiento eléctrico
utilizados para la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete
COSTO DE MATERIALES PARA EL ACONDICIONAMIENTO ELECTRICO
MATERIAL CANTIDAD PRECIO UNITARIO. TOTAL PARCIAL
RELEVADOR CONTACTOR
TELEMECANIQUE.
2 $400.00 $800.00
PROTECCION TERMICA DE
SOBRECARGA
TELEMECANIQUE.
2 $400.00 $800.00
SECCIONADOR DE
ALIMENTACION COMO
PROTECCION.
1 $500.00 $500.00
BORNA DE CONEXIONES. 1 $100.00 $100.00
BOTONERA DE ARRANQUE. 1 $180.00 $180.00
BOTONERAS DE PARO 1 $180.00 $180.00
CAJA DE PROTECCION Y
SEGURIDAD
2 $350.00 $700.00
CONDUCTORES 45 MTS $5.00 $225.00
CABLE DE EXTENSION DE USO
RUDO MULTIPLEX DE 12
PUNTOS
5 MTS $120.00 $600.00
TOTAL $4085.00
Tabla 4.1 Costo de materiales eléctricos
En la tabla 4.2 se muestra el costo del software utilizado durante el diseño para la
rehabilitación de la maquina urdidora de carrete.
Tabla 4.2 Costo se software
En la tabla 4.2 se aprecia que el software utilizado durante el diseño no tiene costo, debido a
que todo el software utilizado se procuro que fuera con licencias gratuitas.
Los materiales para el acondicionamiento electrónico fueron previamente cotizados, en la
figura 4.3 se muestra la cotización con proveedores varios y la figura 4.4 se muestra una
cotización con STEREN.
COSTOS DE SOFTWARE
PROGRAMAS REQUERIDOS PARA SIMULACION Y DISEÑO TOTAL PARCIAL
PROGRAMA DE SIMULACION DE TABLILLA PCV WIZARD. GRATIS DESCARGA DE
INTERNET.
PROGRAMA PARA CREACION DE CIRCUITO LIVEWIRE. GRATIS DESCARGA DE
INTERNET.
PICAXE PROGRAMING GRATIS DESCARGA DE
INTERNET.
TOTAL $0.00
Capítulo IV
Costos
68
Tabla 4.3 Costo de materiales electrónicos proveedores varios
COSTOS DE MATERIALES PARA EL ACONDICIONAMIENTO ELECTRONICO
MATERIAL CANTIDAD PRECIO UNITARIO TOTAL PARCIAL
TRANSFORMADOR REDUCTOR
DE 127 A 12 VOLTS DE CA.
1 $120 $120.00
DIODOS 1N4004 2 $1.50 $3.00
OPTOACOPLADORES 4N37 4 $5.00 $20.00
RESISTENCIAS 10 OHMS 1 $0.40 $4.00
RESISTENCIAS DE 330 OHMS 18 $0.50 $9.00
CI. PICAXE 18M2 1 $102.00 $102.00
TRANSISTOR BC547 2 $8.00 $16.00
BORNAS DE CONEXIÓN DE 2
TERMINALES.
5 $5.00 $10.00
BORNAS DE CONEXIÓN DE 4
TERMINALES.
4 $8.50 $34.00
BORNAS DE CONEXIÓN DE 6
TERMINALES.
1 $12.00 $12.00
CAPACITOR CERAMICO DE
0.22mF.
1 $5.00 $5.00
CAPACITOR CERAMICO DE
0.1mF.
1 $4.00 $4.00
BASE PARA CIRCUITO DE 16
PINS DE CONEXIONES.
1 $5.00 $5.00
BASE PARA CIRCUITO DE 18
PINS DE CONEXIONES.
1 $4.00 $4.00
FUSIBLE de 1.6 A 250 VOLTS 1 $2.00 $2.00
REGULADOR DE VOLTAJE
LM340.
1 $15.00 $15.00
CAPACITOR ELECTROLITICO. 1 $10.00 $10.00
DIODOS 1N4041. 5 $1.25 $6.25
RELE DE CONTROL 1 $30.00 $30.00
CI. SN74LS47N 1 $40.00 $40.00
DYSPLAY DE 7 SEGEMENTOS 1 $100.00 $100.00
TABLILLA FENOLICA 1 $59.00 $59.00
CLORURO FERRICO. 2 $50.00
$100.00
PLUMON TINTA PERMANENTE. 1 $15.00 $15.00
ACETATOS. 4 $3.00 $12.00
HOJAS BLANCAS 1 $25.00 $25.00
TOTAL $728.25
Capítulo IV
Costos
69
Tabla 4.4 Costo de materiales electrónicos STEREN.
COSTOS DE MATERIALES PARA EL ACONDICIONAMIENTO ELECTRONICO EN STEREN.
MATERIAL CANTIDAD PRECIO UNITARIO TOTAL PARCIAL
TRANSFORMADOR REDUCTOR
DE 127 A 12 VOLTS DE CA.
1 $127 $127.00
DIODOS 1N4004 2 $1.50 $3.00
OPTOACOPLADORES 4N37 4 $5.00 $20.00
RESISTENCIAS 10 OHMS 1 $0.40 $4.00
RESISTENCIAS DE 330 OHMS 18 $0.50 $9.00
CI. PICAXE 18M2 1 $151.00 $151.00
TRANSISTOR BC547 2 $8.00 $16.00
BORNAS DE CONEXIÓN DE 2
TERMINALES.
5 $6.00 $30.00
BORNAS DE CONEXIÓN DE 4
TERMINALES.
4 $8.50 $34.00
BORNAS DE CONEXIÓN DE 6
TERMINALES.
1 $12.00 $12.00
CAPACITOR CERAMICO DE
0.22mF.
1 $9.00 $9.00
CAPACITOR CERAMICO DE
0.1mF.
1 $6.00 $6.00
BASE PARA CIRCUITO DE 16
PINS DE CONEXIONES.
1 $5.00 $5.00
BASE PARA CIRCUITO DE 18
PINS DE CONEXIONES.
1 $4.00 $4.00
FUSIBLE de 1.6 A 250 VOLTS 1 $2.00 $2.00
REGULADOR DE VOLTAJE
LM340.
1 $19.00 $19.00
CAPACITOR ELECTROLITICO. 1 $10.00 $10.00
DIODOS 1N4041. 5 $1.25 $6.25
RELE DE CONTROL 1 $32.00 $32.00
CI. SN74LS47N 1 $49.00 $49.00
DYSPLAY DE 7 SEGEMENTOS 1 $112.00 $112.00
TABLILLA FENOLICA 1 $59.00 $59.00
CLORURO FERRICO. 2 $50.00
$100.00
PLUMON TINTA PERMANENTE. 1 $15.00 $15.00
ACETATOS. 4 $3.00 $12.00
HOJAS BLANCAS 1 $25.00 $25.00
TOTAL $784.25
Capítulo IV
Costos
70
En la tabla 4.5 se muestra el total de gastos extras que fueron necesarios para la rehabilitación
de la maquina urdidora de carrete.
GASTOS VARIOS.
MATERIALES CANTIDAD PRECIO UNITARIO TOTAL PARCIAL.
DESTORNILLADORES 2 $40.00 $80.00
BROCAS 3 $38.00 $114.00
PIJAS 15 $0.70 $10.50
LIMATON 1 $120.00 $120.00
CAUTIN 1 $180.00 $180.00
TOTAL $504.50
Tabla 4.5 Gastos varios
En la tabla 4.6 se muestra el costo total del proyecto.
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
COSTOS DE LA PARTE ELECTRONICA. $728.25
COSTOS DE LA PARTE ELECTRICA. $4085.00
COSTOS DEL SOFTWARE REQUERIDOS $0.00
COSTOS DE INGENIERIA X 3 INGENIEROS $10000.00
OTROS COSTOS $504.50
COSTO TOTAL $16317.00
Tabla 4.6 Costo Total del proyecto
El costo total del proyecto esta cotizado en un precio de $16317.00 MXN ahorrando
aproximadamente $3000.00 MXN al utilizar un microcontrolador en lugar de un PLC, y
ahorrando un costo de $56.00 MXN aproximadamente al cotizar los dispositivos electrónicos
con diferentes proveedores.
En cuanto a los dispositivos de la parte eléctrica, se utilizaron materiales de segunda mano a
los que previamente se les aplico un mantenimiento.
NOTA: El costo de los materiales contiene I.V.A incluido (Impuesto al valor agregado), el
I.V.A es un impuesto que se estará pagando al Estado por el valor que agreguemos a los
productos o servicios que hayamos adquirido, la tasa de I.V.A vigente del 2010 se encuentra
en un 16%.
Capítulo IV
Costos
71
4.2 Comparativa de precios de una máquina urdidora rehabilitada con respecto a una
máquina nueva.
Una maquina totalmente nueva como la que se rehabilito dependiendo del uso tiene una
cotización aproximada de $400000.00 MXN pesos dependiendo de la marca así como los
dispositivos que contiene en cuanto a fallas pero que a largo plazo se recuperara la inversión.
Comparado con lo que se contaba sería una buena inversión pero se considera que la escuela
no contaba con ese presupuesto por lo que la rehabilitación hace más eficiente la maquina con
un menor presupuesto.
Capítulo V
Resultados
72
Capítulo V
Resultados
Capítulo V
Resultados
73
5.1 Resultados obtenidos de la rehabilitación y puesta en marcha de la maquina urdidora
de carrete MAYER C SL.
Los resultados obtenidos de la rehabilitación y puesta en marcha de la maquina urdidora de
carrete fueron satisfactorios ya que cumple con el objetivo principal de operar para poder
apoyar a profesores y alumnos de la Escuela Superior de Ingeniería Textil en el laboratorio de
la escuela.
Las fotografías siguientes corresponden a la rehabilitación de la maquina urdidora de carrete.
Figura 5.1 Caja de conexiones del circuito de fuerza
En la figura 5.1 se observa la caja de conexiones en la cual se encuentran los elementos del
circuito de fuerza y control de motores como son los relevadores contactores y los relevadores
térmicos de sobrecarga de los motores que intervienen en el proceso de urdido de la maquina.
Figura 5.2 Botoneras para el arranque y paro de los motores
Capítulo V
Resultados
74
En la figura 5.2 se observar las botoneras las cuales también forman parte del circuito de
control y fuerza de los motores eléctricos que intervienen en la maquina urdidora de carrete.
En la figura 5.3 que se muestra a continuación se ve la caja de conexiones y la botonera en
operación, es decir, es la parte física del diseño que se fue mostrado en la figura 3.12.
Figura 5.3 circuito de fuerza y control de motores eléctricos
En la figura 5.4 se muestra la fuente de corriente corriente continua para la alimentacion del
circuito de visualización de fallas, es decir, la parte fisica del diseño mostrado en la figura
3.24.
Figura 5.4 Fuente de corriente continua
En la figura 5.5 se muestra el circuito electronico de visualización de fallas , es decir, la parte
fisica del diseño que se planteo en la figura 3.27.
Capítulo V
Resultados
75
Figura 5.5 Circuito electrónico de visualización de fallas
En la figura 5.5 no se observa el display , ya que para este se diseño una caja en donde se
encuentra también el circuito electrónico de visualización de fallas mostrado en esta figura ,
la caja donde se encuentra se muestra en la figura 5.6 la cual es la parte física del diseño de la
caja mostrado en la figura 3.29.
Figura 5.6 Circuito electrónico de visualización de fallas
En la figura 5.7 se muestra el circuito electronico de visualizacion de fallas montado en la
maquina urdidora de carrete , se observa el display de visualizacion y la maquina operando
Capítulo V
Resultados
76
Figura 5.7 Circuito electrónico montado en la maquina urdidora
En la figura 5.8 se muestra la maquina urdidora rehabilitada operando en fuerza y control de
los motores y con el circuito electrónico de visualización de fallas.
Figura 5.8 Maquina urdidora de carrete rehabilitada en operación
Capítulo V
Resultados
77
En la figura 5.8 se puede observar la maquina en operación en condiciones normales es decir
se observa un cero en el display los que significa que no existe algún hilo roto y los motores
están operando.
En la figura 5.9 y 5.10 se muestra la comparación de la maquina urdidora de carrete antes y
después de ponerse en marcha y antes de haber sido rehabilitada.
ANTES
DESPUES
Figura 5.9 Acondicionamiento eléctrico
En la figura 5.9 se puede observar dos imágenes en la imagen del lado izquierdo se ve que en
un inicio el motor de arrollamiento de la maquina urdidora de carrete estaba conectado
directamente a las líneas, sin arrancadores, ni relevadores térmicos de sobrecarga y tampoco
botón de arranque y paro, en la imagen del lado derecho se observa la caja de conexiones que
se implemento con el acondicionamiento eléctrico donde estos dispositivos se encuentran para
la operación de los motores.
En la imagen del lado izquierdo también se observa que el movimiento del peine es manual y
en la imagen del lado derecho se observa el motor que se acoplo mecánicamente en el
acondicionamiento mecánico el cual se encuentra en operación realizando el movimiento de
manera automática una vez que se arrancaron los motores.
Capítulo V
Resultados
78
ANTES
DESPUES
Figura 5.10 Maquina urdidora antes y después de la rehabilitación
En la figura 5.10 se observa que la maquina una vez rehabilitada cuenta con un circuito de
visualización de fallas.
La maquina actualmente se encuentra en operación en la Escuela Superior de Ingeniería Textil
(ESIT).
Conclusiones
79
Conclusiones
La carrera de Ingeniería en control y automatización es una carrera muy completa, donde los
conocimientos adquiridos pueden ser aplicados en distintas áreas de la industria como puede
ser la ingeniería textil.
La rehabilitación y puesta en marcha de la maquina urdidora de carrete será de gran
importancia para alumnos y profesores de la Escuela Superior de Ingeniería Textil (ESIT), ya
que resulta una maquina urdidora económica y que realiza funciones similares a las de una
maquina moderna.
Con esta máquina urdidora los alumnos podrán realizar prácticas de laboratorio donde ya no
tendrán que estar operando la máquina para mover el peine o que tengan que suspender sus
prácticas por falta de tiempo al buscar el hilo que se rompa, ya que la maquina detectara el
rompimiento del hilo o de cualquier otro tipo de falla. Cuando eso suceda la maquina se
detendrá inmediatamente para ser revisada por los encargados de la misma para que reparen la
falla y la pongan en marcha nuevamente.
Los carretes serán llenados completamente y de una manera uniforme lo que permitirá que se
lleven a otros procesos para producir algún tipo de tela o bien algunas prendas sencillas, esto
impulsaría a los alumnos a crear sus propias prendas o algún tipo de trabajo textil en el país.
Al concluir este proyecto fue satisfactorio demostrar los conocimientos adquiridos durante la
carrera en la elaboración de un proyecto que es viable y en donde saldrán beneficiados
profesores y alumnos ya que será una escuela que cuente con una maquinaria que apoyara a la
formación de ingenieros textiles.
Glosario
80
Glosario
Urdimbre:
Conjunto de hilos paralelos que forman la base estructural del tejido y que enlazados con la
trama forman la tela.
Plegador:
Pieza del telar donde va arrollada la urdimbre para ir tejiendo la tela
Fileta:
Estructura metálica de mayor o menor proporción, recto o redondo, donde se encuentran los
soportes de los conos, y las guías o tubos que conducen los hilos en su recorrido desde el cono
hasta los alimentadores.
Lizo:
Dispositivo para la formación de urdimbre para un telar.
Placa calefactadora:
Placa que forma parte de un sistema de calefacción.
Calefactado:
Calentado por un sistema de calefacción.
Bootstrap:
Software instalado en el PICAXE para que este pueda ser reprogramado mediante un cable
RS232.
Leva:
Pieza que gira solidariamente con un eje, con el que está unido directamente o por medio de
una rueda, y que al girar comunica su movimiento a otro mecanismo.
Fuentes de consulta
81
Fuentes consultadas
Referencias bibliográficas
[1] http://www.claseshistoria.com/revolucionindustrial/sectortextil.htm
[2] http://www.maquinascirculares.com/partesdemaquina/fileta.html
[3]http://books.google.com.mx/books?id=UCGxAW8G7CAC&pg=PA7&dq=circuitos+lo
gicos&hl=es&sa=X&ei=KayyT4DsBaae2wWIia3pCA&ved=0CDgQ6AEwAA#v=onepag
e&q=circuitos%20logicos&f=false [en línea]
[4] http://perso.wanadoo.es/pictob/microcr.htm
[5] http://www.mailxmail.com/curso-controladores-logicos-programables/estructura-
basica-plc
[6]http://www.diputados.gob.mx/LeyesBiblio/pdf/77.pdf.
[7] Esparza, “Teoría de los hilados”, Limusa, 1999.
[8] Rashid Muhammad H. “Electrónica de potencia, circuitos dispositivos y aplicaciones
“, Pearson, Tercera edición, 2004.
[9] Timothy, J. Maloney, “Electrónica Industrial Moderna”, Pearson, Quinta edición,
2006.
Anexos
82
Anexos
A continuación se muestran las partes importantes de las hojas de datos consultadas para los
componentes electrónicos utilizados.
Anexo 1. Terminales del circuito integrado PICAXE M2
Anexo 2. Terminales del decodificador de BCD a 7 segmentos
Anexos
83
Anexo 3. Terminales del display KW1-23004
Anexos
84
Anexo 4. Terminales del optoacoplador 4N37
Anexos
85
Anexo 5. Terminales del transistor BC547
Anexos
86
Anexo 6. Terminales del regulador LM340
87
88
89
90