INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEHUACAN

ING. MECATRONICA

TALLER DE INVESTIGACION II

“FIABILIDAD DE UN ASCENSOR”

PROFESOR:

GABRIEL ANTONIO PEREZ CASTAÑEDA

ALUMNO:

FRANCO RAMIREZ JUAN MANUEL

29 DE NOVIEMBRE DE 2012

INDICE

Objetivo General 2

Objetivos Específicos 2

Justificación3

CAPITULO I FIABILIDAD Y METODOS DE EVALUACION

1.1 Evaluación de la Fiabilidad 4

1.2 Fiabilidad de Sistemas 7

1.3 Métodos de Evaluación 10

1.4 Árbol de Fallas y de Causas 14

1.5 Función: Estructura de un Sistema 18

1.6 Tipos de Investigación Cualitativos 19

CAPITULO II ASCENSOR CONTROLADO POR MEDIO DE UN PLC

2.1 Composición y Funcionamiento 23

2.1.1 Partes Mecánicas 24

2.1.2 Partes Electromecánicas 25

2.1.3 Sistema de Control 29

2.2 Sistemas de Operación y Supervisión del Ascensor 30

2.2.1 Elementos de Programación 31

2.2.2 Requerimiento de Potencia para Ascensores 32

2.3 Dispositivos de Seguridad y Mantenimiento 33

Esquema de Árbol de Fallas 35

Conclusión 36

Bibliografía 37

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INDICE DE IMAGENES

CAPITULO I

Figura:

1.1 curva de la bañera 6

1.2 diagrama de bloques 12

1.3 muestra RBD 13

1.4 efecto de un componente sobre el funcionamiento del sistema 13

1.5 datos de sistemas de cada uno de los bloques 14

1.6 función de la fiabilidad de sus componentes 14

1.7 esquema de un Árbol de Fallas 16

1.8 esquemas de los símbolos de evento 17

1.9 simbología de algebra de Boole 18

1.10 esquemas de símbolos de trasferencia 19

CAPITULO II

Figura:

2.1 elevador antiguo 23

2.2 esquema de un ascensor 25

2.3 partes principales de un contactor 26

2.4 sensor inductivo 28

2.5 sensor capacitivo 29

2.6 variador de velocidad físico 30

2.7 esquema de un variador de velocidad 30

2.8 esquema de un PLC 31

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OBJETIVO GENERAL

Hoy en día todo lo que nos rodea tiene que ver con tecnología y automatización, es por eso que la carrera de Ingeniera Mecatrónica nos da los medios para poder entender y realizar los diferentes tipos de sistemas que nos rodean. En este trabajo de investigación analizaremos la fiabilidad de un sistema Mecatrónico, el cual es un ascensor, lo revisaremos por medio de un método llamado Árbol de Fallas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

El trabajo de investigación abarca muchos puntos importantes que sirven para comprender a la perfección lo que es la fiabilidad en un Ascensor. Estos puntos son los siguientes:

Significado de Fiabilidad

Significado de un Sistema

Significado de un Sistema Mecatrónico

Métodos de evaluación de la Fiabilidad

Uso y estructura de un Ascensor

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JUSTIFICACION

Se evaluó la fiabilidad de un ascensor ya que muchas personas no le tienen confianza a este. Debido a que no confían en la autenticidad o calidad de los elementos que lo conforman. En este trabajo de investigación se observara que un ascensor es un sistema perfecto, además de que facilita muchas tareas para el ser humano. El objetivo principal del por que se crearon los elevadores es el confort y bienestar de las personas. Además de que en muchas ocasiones es mas seguro subir a un ascensor que ir en escaleras. Se tomo en cuenta diferentes formas de evaluar la fiabilidad del ascensor, la que se utilizo fue el árbol de fallas. Este método nos ayudara a entender las posibles fallas de nuestro sistema e incluso nos dirá como y cuando es necesario hacer el mantenimiento del mismo.

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CAPITULO I

FIABILIDAD Y METODOS DE EVALUACION

1.1 EVALUACION DE LA FIABILIDAD

FIABILIDAD

La ingeniería de fiabilidad es el estudio de la longevidad y el fallo de los equipos. Para la investigación de las causas por las que los dispositivos envejecen y fallan se aplican principios científicos y matemáticos. El objetivo estriba en que una mayor comprensión de los fallos de los dispositivos ayudará en la identificación de las mejoras que pueden introducirse en los diseños de los productos para aumentar su vida o por lo menos para limitar las consecuencias adversas de los fallos. Por tanto, se concede mucha importancia al diseño de los productos o a su rediseño, con anterioridad a la fabricación o a la venta

Fiabilidad es la probabilidad de que un dispositivo realice adecuadamente su función prevista a lo largo del tiempo, cuando opera en el entorno para el que ha sido diseñado.

Se define como la probabilidad de que un bien funcione adecuadamente durante un período determinado bajo condiciones operativas específicas (por ejemplo, condiciones de presión, temperatura, velocidad, tensión o forma de una onda eléctrica, nivel de vibraciones, etc.)

CURVA DE LA BAÑERA

La curva de la bañera es un gráfica que representa los fallos durante el período de vida útil de un sistema o máquina. Se llama así porque tiene la forma una bañera cortada a lo largo.

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Figura 1.1 Curva de la bañera

Teoría de fallas

En ella se pueden apreciar tres etapas:

Fallos iniciales: esta etapa se caracteriza por tener una elevada tasa de fallos que desciende rápidamente con el tiempo. Estos fallos pueden deberse a diferentes razones como equipos defectuosos, instalaciones incorrectas, errores de diseño del equipo, desconocimiento del equipo por parte de los operarios o desconocimiento del procedimiento adecuado.

Fallos normales: etapa con una tasa de errores menor y constante. Los fallos no se producen debido a causas inherentes al equipo, sino por causas aleatorias externas. Estas causas pueden ser accidentes fortuitos, mala operación, condiciones inadecuadas u otros.

Fallos de desgaste: etapa caracterizada por una tasa de errores rápidamente creciente. Los fallos se producen por desgaste natural del equipo debido al transcurso del tiempo.

Ésta es una de doce formas que se han tipificado sobre los modos de fallas de equipos, sistemas y dispositivos

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MANTENIMIENTO Y FIABILIDAD

La mayor parte de los equipos modernos se diseñan bajo la hipótesis de que serán mantenidos de algún modo. Generalmente se espera que los equipos complejos operen durante períodos largos de tiempo, de forma que las operaciones de servicio se supone que forman parte de la experiencia de funcionamiento del dispositivo.

Los conceptos de mantenimiento y fiabilidad están sumamente relacionados.

El mantenimiento: es el conjunto de técnicas utilizadas para asegurar el correcto y continuo uso de equipos, maquinaria, instalaciones y servicios a fin de evitar su rotura (es decir, aumento de su fiabilidad). Por tanto, se analiza en conjunto ambos términos.

Esencialmente hay dos tipos de mantenimiento: preventivo y correctivo.

Mantenimiento preventivo: el objetivo es incurrir en gastos modestos de servicio del equipo, con el fin de evitar fallos potencialmente caros durante su funcionamiento. Normalmente, el equipo deja de funcionar durante el mantenimiento preventivo, y el efecto físico de las actividades de mantenimiento es paliar los efectos del funcionamiento previo.

Mantenimiento correctivo (o reparación): es la respuesta al fallo del equipo con el fin de devolverlo a un estado de funcionamiento.

Para ambas clases de mantenimiento, puede asumirse que existen varios tipos de estructuras de coste y varios tipos de patrones de comportamiento de los equipos. Por consiguiente, hay bastantes casos de modelos distintos.

Es importante notar que el modelado y análisis de los procedimientos de mantenimiento de equipos requieren a menudo considerar el sistema completo en vez de sus componentes individuales.

A partir de 1925, se hace patente en la industria americana la necesidad de organizar el mantenimiento con una base científica. Se empieza a pensar en la conveniencia de reparar antes de que se produzca el desgaste o la rotura, para evitar interrupciones en el proceso productivo, con lo que surge el concepto del mantenimiento Preventivo.

A partir de los años sesenta, con el desarrollo de las industrias electrónica, espacial y aeronáutica, aparece en el mundo anglosajón el mantenimiento Predictivo, por el cual la intervención no depende ya del tiempo de funcionamiento sino del estado o condición efectiva del equipo o sus elementos y de la fiabilidad determinada del sistema.

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Actualmente el mantenimiento afronta lo que se podría denominar como su tercera generación, con la disponibilidad de equipos electrónicos de inspección y de control, sumamente fiables, para conocer el estado real de los equipos mediante mediciones periódicas o continuas de determinados parámetros. La aplicación al mantenimiento de sistemas de información basados en ordenadores que permiten la acumulación de experiencia empírica y el desarrollo de los sistemas de tratamiento de datos conducirá en un futuro al mantenimiento a la utilización de los sistemas expertos y a la inteligencia artificial.

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1.2 FIABILIDAD DE SISTEMAS

Un sistema es una colección de componentes/subsistemas dispuestos de acuerdo a un diseño dado con el propósito de lograr el cumplimiento de unas determinadas funciones con una adecuación y fiabilidad aceptables. El tipo de componentes, su cantidad, su calidad y el modo en que están dispuestas tiene un efecto directo en la fiabilidad de sistema.

SISTEMAS

Un sistema es una colección de componentes, de acuerdo a un diseño dado con el propósito de lograr el cumplimiento de unas determinadas funciones con una adecuación y fiabilidad aceptables. El tipo de componentes, su cantidad, su calidad y el modo en que están dispuestas tiene un efecto directo en la fiabilidad de sistema.

SISTEMA MECATRÓNICO

Un sistema Mecatrónico es aquel sistema digital que recoge señales, las procesa y emite una respuesta por medio de actuadores, generando movimientos o acciones sobre el sistema en el que se va a actuar: los sistemas mecánicos están integrados con sensores, microprocesadores y controladores. Los robots, las maquinas controlada digitalmente, los vehículos guiados automáticamente, etc. Se deben considerar como sistemas mecatrónicos.

CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICOS

Clase 1.-

Los productos principalmente mecánicos con electrónica incorporada para aumentar la funcionalidad. Los ejemplos incluyen las máquinas-herramientas numéricamente controladas y la velocidad variable manejada en la maquinaria industrial.

Torno, es una de las máquinas más antiguas y trabaja mediante el arranque de material mediante unas cuchillas y brocas. Para ello la pieza gira y mediante un carro en el que se sitúa la cuchilla se va desgastando la misma obteniendo partes cilíndricas y cónicas. Si se coloca una broca en la colocación correspondiente, se pueden realizar agujeros.

Un torno es un ejemplo de esta clase de sistemas mecatrónicos, siendo la clase uno, la que tiene las maquinas mas sencillas, por decirlo de alguna manera, podemos ver que esta maquina, antes tenia uso mecánico humano, siendo

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aplicada la electrónica, para dar un poco de sistematización y mucha mas velocidad y aprovechamiento a un trabajo que era agotador. Siendo esta, un poco más compleja al operarla por medio de métodos numéricos dando coordenadas, para que sea aun menos el riesgo o la intervención humana en el proceso.

Clase 2.-

Los sistemas mecánicos tradicionales con dispositivos internos apreciablemente actualizados que incorporan la electrónica. Pero no cambia en gran manera el uso para el usuario externo. Los ejemplos incluyen la máquina de coser moderna y sistemas automatizados de fabricas.

Maquina de coser. De todas las invenciones para facilitar el trabajo de la mujer en las labores domésticas y en las fábricas fue, ciertamente, la máquina de coser, el ejemplo más sorprendente y que significó una maravillosa adaptación de dispositivos mecánicos para sustituir el trabajo manual.

La maquina de coser es el ejemplo mas grande de este tipo de maquinas mecatrónicas, ya que tienen una gran similitud en su facilidad de manejo por el usuario con sus predecesoras totalmente mecánicas, que eran impulsadas por el usuario por medio de pedales. Siendo esta maquina un gran avance, no solo en los hogares si no en mayor proporción en las industrias textiles, ya que en verdad vino a automatizar el manejo de textiles y el acabado de ellos.

Clase 3.-

Los sistemas que retienen la funcionalidad o el sistema mecánico tradicional, pero los mecanismos internos son remplazados por la electrónica. Un ejemplo es el reloj digital.

Reloj. Se denomina reloj a un instrumento destinado a medir el tiempo inventado por el ser humano. Los relojes se utilizan desde la antigüedad, aunque su precisión ha aumentado espectacularmente en el último siglo.

Sin duda este es el ejemplo mas evidente de esta clase de sistemas mecatrónicos, ya que conserva totalmente su uso tradicional, pero su interior a sido remplazado con sistemas electrónicos avanzados a comparación de los antiguos relojes mecánicos que necesitaban constantemente la intervención humana para que este siguiera funcionando, por otro lado podemos deducir que, la precisión de estos a avanzado porque los nuevos sistemas electrónicos implementados lo hacen de mejor calidad y de mayor confiabilidad.

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Clase 4.-

Los productos diseñados con tecnologías mecánicas y electrónicas por la integración sinérgica. Ejemplos son las fotocopiadoras, arandelas y secadores inteligentes, las cocinas de arroz, y hornos automáticos.

Una fotocopiadora es un aparato para hacer copias en papel de un documento impreso. Actualmente, están siendo sustituidas por su evolución, los equipos multifunción. Esto equipos además permite el uso separado como escáner de ordenador e impresora.

Este es uno de los mas representativos inventos de esta clase de sistemas mecatrónicos (los mas complejos), siendo este, un elemento totalmente compuesto por las partes ya vistas en la introducción a este tema, viendo la parte mecánica, como los motores y actuadores que en este se desenvuelven, la parte informática básica, para el manejo de este, la parte de control totalmente fundamental, y por supuesto la parte electrónica, que es la que la impulsa y le da total independencia energética. Podemos ver en este ejemplo el constante avance que ahí en todos los componentes que la conforman, y la hacen mucho mas funcional, teniendo la facultad de sustituir a varias maquina a la vez.

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1.3 METODOS DE EVALUACION

Diagramas de Bloque de Fiabilidad (RBD)

Un Diagrama de Bloques de Fiabilidad (RBD) es un diagrama que muestra cómo el método de componente de fiabilidad contribuye al éxito o el fracaso de un complejo sistema. RBD también se conoce como un diagrama de dependencia (DD).

Figura 1.2 Diagrama de bloques

Un RBD o DD se dibuja como una serie de bloques conectados en paralelo o serie de configuración. Cada bloque representa un componente del sistema con un índice de fracaso .Caminos paralelos son redundantes, lo que significa que todos los caminos paralelos deben fallar por la red en paralelo al fracaso. Por el contrario, cualquier fallo a lo largo de una trayectoria serie hace que el camino serie entera al fracaso.

Un RBD se pueden extraer utilizando switches en lugar de los bloques, donde un interruptor cerrado representa un componente de trabajo y un interruptor abierto representa un componente que ha fallado. Si un camino se puede encontrar a través de la red de interruptores de principio a fin, el sistema sigue funcionando.

Un RBD se puede convertir en un árbol éxito mediante la sustitución de las rutas de la serie con las puertas Y y las trayectorias paralelas con puertas OR. Un árbol de éxito se puede convertir entonces a un árbol de fallos aplicando el teorema de Morgan.

En fiabilidad un diagrama de bloques (RBD) es una representación gráfica de los componentes/subsistemas del sistema, y de cómo se relacionan desde el punto de vista de la fiabilidad. En algunos casos, esta relación es distinta de la relación física. Por ejemplo, un grupo de resistencias que está conectado físicamente en paralelo desde el punto de vista de la fiabilidad está conectado en serie, ya que

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todas las resistencias son necesarias para proporcionar la resistencia requerida. El siguiente gráfico muestra un RBD simplificado de un sistema de ordenador con un ventilador redundante.

Figura 1.3 muestra RBD

Cada bloque de fiabilidad del diagrama podría ser representado por su propio diagrama de bloques. Por ejemplo en el RBD de un coche, el nivel superior de bloques podría representar los principales sistemas del coche. Cada uno de estos sistemas podría tener sus propios RBD.

El RBD proporciona una representación visual del modo en que los bloques se relacionan de modo que el diagrama muestra el efecto que el funcionamiento o fallo de una componente tiene sobre el funcionamiento o fallo del sistema.

Figura 1.4 efecto de un componente sobre el funcionamiento del sistema

El primer paso para la evaluación de la fiabilidad de un sistema es obtener datos acerca de la fiabilidad de cada uno de los bloques. Estos datos permitirán al ingeniero de fiabilidad caracterizar las distribuciones de vida de las componentes o bloques específicos.

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Figura 1.5 datos del sistema de cada uno de los bloques

La fiabilidad del sistema se expresa como una función de la fiabilidad de sus componentes. Los RBD suelen mostrarse útiles a la hora de determinar esta función matemática.

Figura 1.6 función de la fiabilidad de sus componentesEl principal objetivo de un análisis de fiabilidad de un sistema es determinar la función de distribución del tiempo hasta el fallo aunque en otros casos únicamente se desee o se pueda determinar la fiabilidad del sistema para un tiempo dado.

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MÉTODO DEL ESPACIO DE ESTADO

En ingeniería de control, una representación de espacios de estados es un modelo matemático de un sistema físico descrito mediante un conjunto de entradas, salidas y variables de estado relacionadas por ecuaciones diferenciales de primer orden que se combinan en una ecuación diferencial matricial de primer orden. Para prescindir del número de entradas, salidas y estados, las variables son expresadas como vectores y las ecuaciones algebraicas se escriben en forma matricial (esto último sólo puede hacerse cuando el sistema dinámico es lineal e invariante en el tiempo). La representación de espacios de estado (también conocida como aproximación en el dominio del tiempo) provee un modo compacto y conveniente de modelar y analizar sistemas con múltiples entradas y salidas. Con   entradas y  salidas, tendríamos que escribir   veces la transformada de Laplace para procesar toda la información del sistema. A diferencia de la aproximación en el dominio de la frecuencia, el uso de la representación de espacios de estado no está limitado a sistemas con componentes lineales ni con condiciones iniciales iguales a cero. El espacio de estado se refiere al espacio de   dimensiones cuyos ejes coordenados están formados por variables de estados. El estado del sistema puede ser representado como un vector dentro de ese espacio.

MÉTODO CUALITATIVO

Es un método de investigación usado principalmente en las ciencias sociales que se basa en cortes metodológicos basados en principios teóricos tales como la fenomenología, hermenéutica, la interacción social empleando métodos de recolección de datos que son no cuantitativos, con el propósito de explorar las relaciones sociales y describir la realidad tal como la experimentan los correspondientes. La investigación cualitativa requiere un profundo entendimiento del comportamiento humano y las razones que lo gobiernan. A diferencia de la investigación cuantitativa, la investigación cualitativa busca explicar las razones de los diferentes aspectos de tal comportamiento. En otras palabras, investiga el por qué y el cómo se tomó una decisión, en contraste con la investigación cuantitativa la cual busca responder preguntas tales como cuál, dónde, cuándo. La investigación cualitativa se basa en la toma de muestras pequeñas, esto es la observación de grupos de población reducidos, como salas de clase, etc.

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1.4 ARBOL DE FALLAS Y DE CAUSAS

El análisis de fallos de árbol (TLC) es una de arriba hacia abajo, análisis de fallos deductivo en el que se analiza un estado no deseado de un sistema que utiliza la lógica booleana para combinar una serie de eventos de nivel inferior. Este método de análisis se utiliza principalmente en el campo de la ingeniería de seguridad y fiabilidad de ingeniería para determinar la probabilidad de un accidente de seguridad o un nivel determinado sistema (funcional) fracaso

En el sector aeroespacial el término más general "Condición de fallo del sistema" se utiliza para el "estado deseado" / evento superior del árbol de fallos. Estas condiciones se clasifican por la gravedad de sus efectos. Las condiciones más graves requieren el análisis de árbol de fallas más extensa. Estas condiciones del sistema "fracaso" y su clasificación son a menudo determinadas previamente en el funcional de análisis de peligros.

TLC puede ser utilizado para:

Identificar la posible fiabilidad del sistema o problemas de seguridad en momento de la planificación.

Entender la lógica que conduce al principal evento (estado no deseado). Evaluar la fiabilidad del sistema o seguridad durante el funcionamiento. Identificar componentes que pueden necesitar pruebas o más riguroso

control de calidad Identificar fallas del equipo desde su raíz. Supervisar y controlar el desempeño de la seguridad del complejo sistema minimizar y optimizar los recursos. ayudar en el diseño de un sistema. 

Figura 1.7 esquema de un Árbol de fallas

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SÍMBOLOS DE EVENTO

Símbolos de evento se utilizan para los eventos principales y eventos intermedios. Eventos primarios no se desarrollan en el árbol de fallas. Eventos intermedios se encuentran en la salida de una puerta. Los símbolos de eventos se muestran a continuación:

Caso básico Inicio de evento Caso de no urbanizado

Acondicionamiento de eventos Evento intermedio

Figura 1.8 esquemas de los símbolos de evento

Los símbolos de eventos primarios se utilizan típicamente como sigue:

Caso básico - falla o error en un componente del sistema o elemento (por ejemplo: interruptor atascado en posición abierta)

Inicio de evento - un evento externo (por ejemplo: el impacto de aves a las aeronaves)

Sin urbanizar evento - un evento sobre el que la información disponible es insuficiente, o que no tiene ninguna consecuencia

Caso Acondicionado - las condiciones que restringen o afectan a las puertas lógicas (por ejemplo: el modo de operación en vigor)

Una puerta evento intermedio se puede utilizar inmediatamente por encima de un evento primario para proporcionar más espacio para escribir la descripción del evento. TLC es superior a enfoque de abajo.

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Puerta de Símbolos

Símbolos Gate describir la relación entre la entrada y salida de los acontecimientos. Los símbolos se derivan de símbolos lógicas booleanas:

Puerta OR Puerta Y Exclusiva O puerta Prioridad puerta Y

Inhibición de la puerta

Figura 1.9 simbología de algebra Boole

Las puertas funcionan de la siguiente manera:

Puerta OR: la salida se produce si se produce ninguna entrada Puerta Y: la salida se produce sólo si se producen todas las entradas (las

entradas son independientes) Exclusiva O puerta: la salida se produce si se produce exactamente una

entrada Prioridad de la puerta AND: la salida se produce si las entradas se producen

en una secuencia específica de eventos especificado por un condicionamiento Inhibición puerta - la salida se produce si la entrada se produce bajo una

condición que permite especificado por un evento acondicionado

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Símbolos de transferencia

Símbolos de transferencia se utilizan para conectar las entradas y salidas de los árboles de fallos relacionados, como el árbol de fallas de un subsistema a su sistema.

Traslado en entrada Traslado de salida

Figura 1.10 esquemas de símbolos de transferencia

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1.5 FUNCIÓN: ESTRUCTURA DE UN SISTEMA

La fiabilidad de un sistema depende tanto de la fiabilidad individual de cada una de sus componentes como del modo lógico en que están conectadas dichas componentes en relación con el funcionamiento o no del sistema. Se supone que el estado de funcionamiento o fallo de las componentes determina el estado de funcionamiento o fallo del sistema. Esta información se recoge en la llamada función estructura del sistema.

Suponemos que el sistema está formado por n componentes y que el estado de la componente i está descrito por la variable Xi que puede tomar valor 1 si funciona o 0 si no funciona. El estado del sistema XS es una función de las variables Xi

φ= Es la función estructura del sistema.

Denotaremos mediante RS la fiabilidad del sistema, mediante Ri la fiabilidad de la componente i. Por tanto, Ri = P(xi = 1) Ri P Xi... Mediante QS = 1- RS.

Denotaremos la probabilidad de fallo del sistema, análogamente Qi = 1- Ri

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1.6 TIPOS DE INVESTIGACIÓN CUALITATIVA

INVESTIGACIÓN PARTICIPATIVA

Trata de una actividad que combina, la forma de interrelacionar la investigación y las acciones en un determinado campo seleccionado por el investigador, con la participación de los sujetos investigados. El fin último de este tipo de investigación es la búsqueda de cambios en la comunidad o población para mejorar las condiciones de vida.

INVESTIGACIÓN-ACCIÓN

Tiene semejanza con la participativa, de allí que actualmente se hable con bastante frecuencia de investigación-acción participativa. Es uno de los intentos de resumir la relación de identidad necesaria para construir una teoría que sea efectiva como guía para la acción y producción científica, que esté estrechamente ligada a la ciencia para la transformación y la liberación social. Tiene un estilo más llamativo a la investigación ligada a la educación llamada criterios de evaluación diagnóstica. También se refiere a si necesita de alguna materia

INVESTIGACIÓN ETNOGRÁFICA

Esta constituye un método de investigación útil en la identificación, análisis y solución de múltiples problemas de la educación. Este enfoque pedagógico surge en la década del 70, en países como Gran Bretaña, Estados Unidos y Australia, y se generaliza en toda América Latina, con el objetivo de mejorar la calidad de la educación, estudiar y resolver los diferentes problemas que la afectan. Este método cambia la concepción positivista e incorpora el análisis de aspectos cualitativos dados por los comportamientos de los individuos, de sus relaciones sociales y de las interacciones con el contexto en que se desarrollan.

La etnografía es un término que se deriva de la antropología, puede considerarse también como un método de trabajo de ésta; se traduce etimológicamente como estudio de las etnias y significa el análisis del modo de vida de una raza o grupo de individuos, mediante la observación y descripción de lo que la gente hace, cómo se comportan y cómo interactúan entre sí, para describir sus creencias, valores, motivaciones, perspectivas y cómo éstos pueden variar en diferentes momentos y circunstancias; podríamos decir que describe las múltiples formas de vida de los seres humanos

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CAPITULO II

ASCENSOR CONTROLADO POR MEDIO DE UN PLC

Hoy en día los ascensores juegan un papel importante en la vida diaria. A causa de la escasez de espacios, los edificios tienen la tendencia a ser más altos y para transportar a las personas de un nivel a otro de una forma rápida, segura y confortable utilizan de estos inmuebles (ascensores).

Los ascensores son transportes que tienen un sistema de operación   para ejecutar sus tareas. Estos sistemas de operación pueden ser controlados por relés, por tarjetas   electrónicas o por controladores lógicos programables.

Los controladores lógicos programables es el que vamos a utilizar para el sistema de operación de nuestro ascensor por su versatilidad de programación, supervisión y compatibilidad con diferentes sistemas electromecánicos.

En el desenlace de la investigación se hablara de temas introductorios y teóricos para tener un conocimiento específico sobre la infraestructura del ascensor, cómo seleccionar un ascensor para ciertas condiciones y las normas de seguridad que rigen en el diseño del ascensor..

ANTECEDENTES

Los ascensores son unos aparatos diseñados para el transporte de personas y cargas, existiendo prácticamente en todas las ciudades. En los años 80, se empezó a desarrollar por primera vez un nuevo concepto de ascensor sin cuarto de máquinas, con notable difusión en el mercado japonés, basado en la tecnología del motor lineal.

Dentro de la gama de ascensores eléctricos, existen motores de frecuencia variable. Este tipo de ascensores, dispone de una máquina de tracción diseñada para ser instalada en la parte superior del hueco.

Estos aparatos consisten en una cabina o plataforma que se desplazan dentro de un hueco, y se deslizan por unas guías verticales, constando de mecanismos de seguridad y una fuente de energía eléctrica para su funcionamiento.

El sistema de tracción de la máquina, se basa en la tracción por adherencia. La tracción se logra por un cierto número de cables de acero.

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Estos cables tienen un extremo anclado a la parte alta de la cabina, pasando por la polea motriz de la máquina, para terminar finalmente anclado al contrapeso que se desplaza por las guías instaladas en el hueco, al igual que la cabina, que tiene sus propias guías.

La polea dispone de unas ranuras para cada cable, donde la masa del contrapeso y el peso de la cabina, tanto si va en vacío como a plena carga, hacen que los cables se aprieten contra la garganta de la polea motriz, moviendo estas los cables sin que exista deslizamiento.

El motor eléctrico no tiene que levantar el peso total de la cabina y los pasajeros. El peso de ésta y aproximadamente la mitad de los pasajeros, está equilibrado por el contrapeso, el cual se desliza hacia arriba o hacia abajo, a medida que la cabina lo hace en sentido contrario. El principio del contrapeso se aplicó desde el diseño de los primeros ascensores, como un sistema de ahorro de energía, así como el de asegurar la tracción.

Figura 2.1 Elevador antiguo.

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2.1 COMPOSICION Y FUNCIONAMIENTO

2.1.1 PARTES MECANICAS

Las partes principales de un elevador:

1. El carro o cabina

Es una caja hecha de un material resistente al fuego que esta soportado por un marco estructural en la parte superior en donde se sujetan los cables.

Por medio de zapatas guía sobre los miembros laterales, se guía el carro en su viaje vertical sobre el eje. La cabina esta provista de compuertas de seguridad, equipo de control de la operación, indicadores de nivel de pisos.

2. Cables

Los cables suben y bajan al carro, y dependiendo de la velocidad del ascensor, se pueden usar de cuatro a ocho cables, estos están   relacionados con la capacidad del carro, estos cables están colocados en paralelo y el peso del carro se debe distribuir entre ellos.

Los cables que están sujetos a la parte superior del carro pasan sobre una polea del motor-accionador en la maquina de tracción y baja hacia los contrapesos.

3. La maquina del ascensor

Consiste del marco de una pesada estructura sobre el cual esta montado el motor de accionamiento, la polea, los frenos, el freno de seguridad magnético y algunos otros auxiliares.

4. Contrapesó

Son bloques rectangulares de hierro fundido o placas cortadas de acero y empacas en un marco que esta soportado en los extremos opuestos de los cables, de los cuales se encuentra sostenido el carro, el contrapeso esta relacionado al peso del carro y la carga, de manera que la energía requerida de entrada a la maquina del elevador, es relativamente baja, de hecho, la energía requerida mas grande es solo durante los periodos de aceleración.

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Figura 2.2 Esquema de un ascensor.

1) Máquina,

2) Control,

3) Operador de puertas,

4) Botonera de Cabina y piso,

5) Puertas de Cabina,

6) Contrapeso.

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2.1.2 PARTES ELETROMECANICAS

1. Contactores eléctricos o Arrancadores

Son aparatos mecánicos de conexión y desconexión eléctrica, accionados por cualquier forma de energía, menos manual, capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito, incluso las de sobrecarga.

Su composición se divide en dos partes principales:

Contactos principales.-   son los contactos encargados de permitir o interrumpir el paso de la corriente del   circuito principal, es decir que actúa sobre la corriente que fluye de la fuente hacia la carga.

Contactos secundarios.- Estos contactos secundarios se encuentran dimensionados para corrientes muy pequeñas porque estos actúan sobre la corriente que alimenta la bobina del contactor o sobre elementos de señalización.Dado que en ocasiones deben trabajar con los PLC estos contactos deben tener una confiabilidad muy alta.

Los contactores presentan ventajas en cuanto a los siguientes aspectos y por los cuales es recomendable su utilización.

Automatización en el arranque y paro de motores Posibilidad de controlar completamente una máquina, desde barios puntos

de maniobra o estaciones. Se pueden maniobrar circuitos sometidos a corrientes muy altas, mediante

corrientes muy pequeñas. Seguridad del personal, dado que las maniobras se realizan desde lugares

alejados del motor u otro tipo de carga, y las corrientes y tensiones que se manipulan con los aparatos de mando son o pueden ser pequeños.

Figura 2.3 partes principales de contactor

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2 SENSORES DE POSICION

Aparato empleado en la etapa de detección y fabricado específicamente para indicar, informar y controlar la presencia, ausencia o posición de una máquina o parte de ella.

Dos tipos de sensores son los más utilizados en ascensores: 1) Los sensores inductivos

Son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de conteo).

Los sensores de proximidad inductivos contienen un devanado interno. Cuando una corriente circula por el mismo, un campo magnético es generado, que tiene la dirección de las flechas naranjas. Cuando un metal es acercado al campo magnético generado por el sensor de proximidad, éste es detectado.

La bobina del sensor inductivo induce corrientes de Foucault en el material a detectar. Éstas, a su vez, generan un campo magnético que se opone al de la bobina del sensor, causando una reducción en la inductancia de la misma. Esta reducción en la inductancia de la bobina interna del sensor, trae aparejado una disminución en la impedancia de ésta.

La inductancia, es un valor intrínseco de las bobinas, que depende del diámetro de las espiras y el número de ellas. En sistemas de corriente alterna, la reactancia inductiva se opone al cambio del sentido de la corriente y se calcula de la siguiente manera:

Donde:

XL = Reactancia Inductiva medida en Ohms ([pic])π = Constante Pi.f= Frecuencia del sistema medida en Hertz (Hz)L = Inductancia medida en Henrios (H)

El oscilador podrá generar nuevamente el campo magnético con su amplitud normal. Es en este momento en que el circuito detector nuevamente detecta este cambio de impedancia y envía una señal al amplificador de salida para que sea éste quién, nuevamente, restituya el estado de la salida del sensor.

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Si el sensor tiene una configuración “Normal Abierta”, éste activará la salida cuando el metal a detectar ingrese a la zona de detección. Lo opuesto ocurre cuando el sensor tiene una configuración "Normal Cerrada" Estos cambios de estado son evaluados por unidades externas tales como: PLC, Relés, PC, etc.

figura 2.4 Sensor inductivo

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2) Los sensores capacitivos

Este tipo de transductor trabaja con un campo electrostático. Al aproximarse un objeto (conductor o no conductor, en forma líquida o sólida) se produce un cambio en el campo electrostático alrededor del elemento sensor. Este cambio es detectado y enviado al sistema de detección.

El sistema de detección típico está formado por una sonda, un oscilador, un rectificador, un filtro y un circuito de salida.

Cuando un objeto se aproxima al sensor la sonda aumenta su capacitancia y activa el oscilador provocando que éste dispare el circuito de salida.

Generalmente este tipo de sensores funcionan como interruptores abiertos o cerrados y la sonda está casi siempre calibrada según el rango de la variable física de entrada.

La diferencia entre un sensor capacitivo y un inductivo es que el sensor capacitivo forma un campo electroestático y el sensor inductivo genera un campo electromagnético

Figura 2.5 Sensor capacitivo

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2.1.3 SISTEMA DE CONTROL

Un sistema de control es un equipo, arreglo e interconexiones que determinan el movimiento y comportamiento del ascensor

Este   sistema de control   requiere que se le aplique un voltaje variable en el motor de corriente directa debido al control extremadamente fino que se debe obtener en la velocidad, con lo cual se logra una operación suave del ascensor. Tal control de velocidad no es posible obtenerlo con un motor de corriente alterna.

Los   variadores de velocidad permiten controlar la velocidad de los motores de corriente directa controlando su voltaje terminal. Sus ventajas en el control del proceso son:

      • Operación más suave.      • Control de la aceleración.      • Posicionamiento de alta precisión      • Control del par motor.

      . figura 2.6 Variador de velocidad físico

Figura 2.7 Esquema de un variador de velocidad

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2.2 SISTEMA DE OPERACIÓN Y SUPERVISION DEL ASCENSOR

Este sistema es el que controla el viaje, la operación de las puertas, los botones de llamada y las señales de piso.

Los controladores lógicos programables juegan un papel importante sobre el control de la operación y supervisión del ascensor. Estos aparatos están diseñados para controlar procesos secuenciales en tiempo real y gracias a su versatilidad se pueden a ser modificaciones sin costo adicional debido a que se pueden almacenar programas en su disco de almacenamiento o en caso de un cambio en la secuencia del ascensor.

1. ARQUITECTURA DEL PLC

Figura 2.8 estructura de un PLC

   La estructura básica de un PLC es la siguiente:

    • Fuente de alimentación    • CPU    • Modulo de entrada    • Modulo de salida    • Terminal de programación    • Periféricos

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2.2.1 ELEMENTOS DE PROGRAMACION

Hay cinco lenguajes de programación

Lenguajes gráficos

1. Diagrama de escalera (LD)2. Diagrama de bloques funcionales (FBD)

Lenguajes literales

3. Lista de instrucciones (IL)4. Texto estructurado (ST)

5. Grafcet (SFC)

La selección del lenguaje de comunicación depende de la aplicación concreta, del nivel de definición de la aplicación y de la estructura del sistema de control.

Ventajas del PLC:

    • Tamaño reducido    • Ahorrar tiempo en la realizaron de proyectos    • Bajo costo de mantenimiento    • Controlan mas de una maquina    • Ahorra dinero de mano de obra

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2.2.2 REQUERIMIENTOS DE POTENCIA PARA ASCENSORES

La potencia requerida por un ascensor es aquella cantidad necesaria para poder desarrollar el trabajo de tracción necesario y absorber la fricción. En virtud de que la potencia es igual al índice o capacidad   con el cual se desarrolla el trabajo que es:

HP =   (K)(Lb- pie)/tiempo

El tamaño del motor del elevador es proporcional a la velocidad del sistema, los otros factores permanecen igual, en otras palabras, se requiere mas potencia para elevar un carro de 1362 Kg a 214 m/min   que a 61 m/min. Esta relación se muestra en la figura el tamaño del motor de corriente directa de tracción del ascensor, como función de la velocidad, para distintos tamaños de carro.

NORMATIVA

Se pueden citar las siguientes normas y disposiciones europeas de seguridad y normas para la construcción de ascensores.

Norma europea EN 81-1 Edición 1987. Normas de seguridad para la construcción de ascensores. Parte 1 ascensores eléctricos.

Composición y funcionamiento.

1) Circuito de tracción

    • El número mínimo de cables es 2.    • El diámetro nominal mínimo es 8mm.    • La relación diámetro polea / diámetro cable debe ser >= 40.    • El coeficiente de seguridad es 12 (3 cables)   o 16 (2 cables).    • Debe existir un dispositivo automático de igualación de tensión.

2) Circuito de elevación

    • Apoyos de las guías, dos en la parte superior y dos en la inferior    • Paracaídas    • Anclaje de los cables de suspensión en la parte superior:

  - debe ser amarres de cuña de apretado automático.  - al menos tres abrazaderas o grapas.  - manguito fuertemente apretados.  - material fundido.

Velocidad nominal del ascensor para la norma EN 81-1 máxima es de 0.63m/s.

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2.3 DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD Y MANTENIMIENTO

Los dispositivos de seguridad que conforman al ascensor son los siguientes:

Paracaídas y limitador de velocidad. Cerraduras de puertas. Conexión de tierra de la instalación eléctrica. Patín retráctil en las puertas automáticas. Rayo de luz en las puertas automáticas. Indicaciones en la cabina. Indicaciones en la sala de máquinas. Límites de seguridad en los extremos. Pantallas guardapiés y sujeción último pan contrapeso. Paragolpes en los extremos del recorrido. Alarma de emergencia. Interruptor de seguridad.

CALIDAD Y CONFIABILIDAD DE LOS ELEMENTOS DE SEGURIDAD

Los dispositivos de seguridad deben definirse en términos de "calidad", es decir, deben especificarse sus atributos y los ensayos correspondientes que permiten verificarlos

Pero aquellos que estén sometidos a un uso, como las cerraduras, debe establecerse su “confiabilidad” es decir el mantenimiento de la calidad a lo largo del tiempo. Esta cualidad también será controlada en un laboratorio.

Continuando con el ejemplo de una cerradura para la cual se ha especificado una confiabilidad de un millón de operaciones, una muestra de la misma debe ser sometida a los siguientes pasos:

Efectuar los ensayos mecánicos y eléctricos que confirmen su calidad. Someterla a un millón de operaciones bajo las condiciones más severas de

funcionamiento; Repetir los ensayos iniciales.

Si pasó satisfactoriamente por estas pruebas podemos instalar dicha cerradura, pero teniendo en cuenta que si el uso normal de un millón de operaciones se cumple en un período de cinco años, dicha cerradura debe ser automáticamente remplazada al cumplirse este tiempo que será su "vida útil".

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CERTIFICACION DE LOS ELEMENTOS DE SEGURDAD

Para implementar prácticamente el punto anterior, deben darse las siguientes condiciones:

a) Los reglamentos deben especificar claramente la calidad y confiabilidad de los elementos de seguridad.

b) Los fabricantes deben certificar en laboratorios de "adecuada solvencia", el cumplimiento de las normas para cada dispositivo.

c) Los responsables del mantenimiento llevarán una ficha técnica o libro de inspección en cada ascensor donde, como mínimo, se dejará constancia de los ensayos periódicos de los sistemas de seguridad y de toda reparación o remplazo de los mismos.

d) Un organismo de control interno o externo, público o privado, pero eficaz y eficiente, deberá supervisar en forma aleatoria o programada, por muestreo, al azaro por demanda, que los puntos anteriores se cumplan.

MANTENIMIENTO

Existen tres tipos de mantenimiento:

1. Correctivo, que básicamente consiste en remplazar los elementos cuando se rompen - es lo que comúnmente se hace en este momento- (anterior a la aplicación de la Ord. 49308/95). Volviendo al ejemplo de la cerradura, se remplaza cuando ésta se deteriora, lo que podría originaren algunos casos que la puerta se pueda abrir sin estar el ascensor en el piso.

2. Preventivo, es decir verificando en forma permanente y sistemática todos los elementos de seguridad, para detectar el momento estimado que el desgaste de los mismos nos indique su remplazo, antes de producirse su total avería.

Esto trae apartado un mayor costo de mantenimiento, pero que incluye la seguridad de los usuarios al disminuir los accidentes y mejorar la calidad del servicio. Por ello la nueva ordenanza específica las rutinas de verificación y pruebas y la frecuencia de las mismas.

3. Predictivo, que es el ideal y al cual debemos anhelar se llegue a la brevedad. Es el caso del ejemplo de la cerradura y su millón de operaciones, es decir la vida útil de cada elemento. Para ello será necesario aplicar normas reconocidas, corno la principal exigencia para la fabricación de partes que hagan en un todo: proyecto, fabricación, instalación y mantenimiento, la máxima garantía para la seguridad de las personas y los bienes materiales.

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FUNCIONAMIENTO INADECUADO DEL

ASCENSOR

MECANICAS ELECTRICAS ELECTRONICAS

OR

CABLES DE TRACCION

RESORTES

GUIADORESINTERIORES TENSORAS

DE DESVIOENGRANES

OR

BANDAS

OROR

MOTORES

REGULADOR DE

VELOCIDAD

RELES

INTERRUPTORES

FUSIBLES

SENSORES

PARO DE EMERGENCIA

INCENDIO

TABLEROS

SISMO

OR

PUERTAS POLEAS MAQUINAS

OR

PLC

SISTEMAS DE ALARMA

OR

ESQUEMA DE ARBOL DE FALLAS SOBRE EL INADECUADO

FUNCIONAMIENTO DE UN ASCENSOR

OR

CONCLUSION

La conclusión a la que se llego en este trabajo de investigación es que los ascensores son considerados como la forma de transporte más segura. Sin embargo, se sigue mejorando en la seguridad y en la accesibilidad para la aplicación de nuevas normativas utilizando los últimos avances tecnológicos.

Se pudo observar que el ascensor es un sistema perfecto, además de que abarca muchas ramas de la ingeniería como es la mecánica, electrónica, electricidad, control, programación, entre otras cosas. Este conjunto de elementos hace posible su funcionamiento óptimo y eficaz, como en todo sistema si algún elemento llega a fallar deja de hacer su función especifica y en el caso del ascensor puede ser peligroso, pero como se observo existen diferentes medidas de seguridad que nos dan la certeza de que no pasara nada al subirse a un ascensor.

También se pudo observar que el método de Árbol de Fallas mostro cuales son los elementos mas fáciles de deteriorarse. Los elementos no son tan complicados de arreglar eso es una gran ventaja, además de que si se le da mantenimiento en su debido tiempo es mas fácil poder reparar algún desperfecto en el ascensor.

En conclusión un ascensor facilita el transporte de personas y/o objetos dentro de un mismo lugar, además de que es una forma segura de viajar. Los ascensores son el futuro del transporte y dentro de poco no será una exageración al pensar que en cada hogar se podrá contar con alguno.

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BIBLIOGRAFIA

Fiabilidad y Árbol de Fallas:

http://es.wikipedia.org/wiki/Fiabilidad_de_sistemas#Historia_del_Mantenimiento http://sistemamecatronico.blogspot.com/ http://translate.google.com.mx/translate?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/

Reliability_block_diagram&ei=3HhnT-yrLY2nsALa5sS2Dw&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=2&ved=0CEMQ7gEwAQ&prev=/search%3Fq%3Dreliability%2Bblock%2Bdiagrams%2B(rbd)%26hl%3Des%26biw%3D1024%26bih%3D634%26noj%3D1%26prmd%3Dimvns

http://translate.google.com.mx/translate?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/ Reliability_block_diagram&ei=3HhnT-yrLY2nsALa5sS2Dw&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=2&ved=0CEMQ7gEwAQ&prev=/search%3Fq%3Dreliability%2Bblock%2Bdiagrams%2B(rbd)%26hl%3Des%26biw%3D1024%26bih%3D634%26noj%3D1%26prmd%3Dimvns

http://translate.google.com.mx/translate?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/ Reliability_block_diagram&ei=3HhnT-yrLY2nsALa5sS2Dw&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=2&ved=0CEMQ7gEwAQ&prev=/search%3Fq%3Dreliability%2Bblock%2Bdiagrams%2B(rbd)%26hl%3Des%26biw%3D1024%26bih%3D634%26noj%3D1%26prmd%3Dimvns

http://www.isdefe.es/monografias/docs/fiabilidad.pdf

Estructura y Composición del Ascensor

http://www.abaq.es/castella/parts.html http://www.arqhys.com/arquitectura/ascensor-historia.html http://es.wikipedia.org/wiki/Ascensor http://www.comofunciona.info/Como_funciona_un_ascensor.html http://www.ascensoresdomingo.com/historia.htm http://www.ve.schindler.com/car-index/car-ser/car-mant-tiposcontratos.htm http://temporizadoresjge.blogspot.mx/2011/06/sensores.html http://mei-ceet177051wmrn.blogspot.mx/2011/06/sensores-capacitivos-los-sensores.html http://hpindustrialperu.com/hp_industrial_por_marca.php?pag=2&m=13 http://www.rocatek.com/forum_plc2.php http://html.rincondelvago.com/contactores-y-elementos-auxiliares-de-mando_1.html http://www.forosdeelectronica.com/f12/variadores-velocidad-11760/ http://industria.yoreparo.com/electricidad_industrial/ascensores-y-montacargas-

t192540.html http://rafaelgarcia.comxa.com/page1.html http://html.rincondelvago.com/accidentes-en-ascensores.html http://www.todo-ascensores.com.ar/v-mantenimiento-ascensores-montacargas.htm

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