P R E S E N T A N:

Ceballos Canseco Joseph Hidalgo Pérez Tejada Sergio Armando

Salazar Zúñiga José Alberto

A S E S O R E S: M. en C. Pedro Francisco Huerta González M. en C. José Luis Aguilar Juárez

AUTOMATIZACIÓN EN EL PROCESO DE PINTADO INDUSTRIAL EN LA ETAPA DEL SECADO

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

México D.F Mayo 2014

I

II

AGRADECIMIENTOS.

Ceballos Canseco Joseph. Agradezco al Instituto Politécnico Nacional por haberme dado las herramientas necesarias para poder incorporarme en el ámbito profesional, y también a mi novia y familia por haberme dado el apoyo para lograr la culminación de mis estudios superiores. Y a mis compañeros mi mayor reconocimiento y gratitud.

III

Hidalgo Pérez Tejada Sergio Armando.

Agradezco a mis padres y hermana por haberme brindado su apoyo para que se

lograra esta meta, que sin su apoyo no viera sido posible concluir esta etapa de mi

vida. A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica por ser una gran

institución ya que me dio herramientas para crecer profesionalmente, pero

principalmente a dios por estar siempre ahí conmigo.

IV

Salazar Zúñiga José Alberto.

Agradezco primordialmente a dios, a mis padres y hermana, y a toda mi familia y amigos por haberme brindado su apoyo para que se lograra la culminación de esta etapa de mi vida, a su vez agradezco también a mi alma mater al Instituto Politécnico Nacional y a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica por haberme dado las herramientas necesarias para desarrollarme ampliamente en el ámbito profesional, a mis maestros por brindarme su apoyo y experiencias y motivarme a superarme cada día más, a no ser conformista, y a seguir mis sueños e ideales para lograr cualquier cosa que me proponga.

V

ÍNDICE

RESUMEN. ........................................................................................................ 1

INTRODUCCIÓN. ............................................................................................... 2

OBJETIVO GENERAL. ....................................................................................... 3

OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................... 4

JUSTIFICACIÓN. ............................................................................................... 5

CAPÍTULO 1. ......................................................................................................... 6

1.1 HISTORIA DE LA PINTURA. ........................................................................ 6

1.2 APLICACIÓN. ............................................................................................... 6

1.2.1 Sistema Corona. .................................................................................... 7

1.2.2 Sistema Tribo. ........................................................................................ 7

1.3 DEFINICÍON DE PINTURA. ......................................................................... 8

1.4 CUALIDADES QUE DEBE TENER LA PINTURA. ........................................ 8

1.4.1Aglutinante. ............................................................................................. 8

1.4.2 Disolventes. ........................................................................................... 8

1.4.3 Secantes o secativos. ............................................................................ 9

1.4.4 Pigmentos. ............................................................................................. 9

1.4.5 Cargas. .................................................................................................. 9

1.4.6 Barnices. ................................................................................................ 9

1.5 PINTURAS AL AGUA. .................................................................................. 9

1.5.1Temple. ................................................................................................... 9

1.5.2Pintura al cemento. ............................................................................... 10

1.5.3Pintura a la cal. ..................................................................................... 10

1.5.4Pintura al silicato. .................................................................................. 10

1.5.5Pintura plástica...................................................................................... 10

1.6 PINTURAS AL ACEITE O AL ÓLEO. ......................................................... 11

1.6.1Pintura al aceite. ................................................................................... 11

1.6.2Esmalte graso. ...................................................................................... 11

1.6.3Esmaltes sintéticos. .............................................................................. 11

1.7 PINTURAS DE RESINAS. .......................................................................... 12

1.7.1 Pinturas al cloro-caucho. ...................................................................... 12

1.7.2Pinturas epoxi. ...................................................................................... 12

VI

1.7.3Pinturas de poliuretano (resinas de poliéster). ...................................... 12

1.7.4Pinturas ignifugas e intumescentes. ...................................................... 13

1.8 LACAS O PINTURAS NITROCELULOSICAS(AL TUCO). .......................... 13

1.9 PINTURAS BITUMINOSAS. ....................................................................... 13

1.10 SILICONAS. ............................................................................................. 14

1.11 PINTURAS DE ALUMINIO. ...................................................................... 14

1.12 PINTURAS AL MARTELÉ. ....................................................................... 14

1.13 LACADO. .................................................................................................. 15

1.14 PINTURA ELECTROSTATICA. ................................................................ 15

1.14.1 Composición de la Pintura Electrostática. .......................................... 16

1.14.2Usos y aplicaciones de la pintura en polvo electrostático .................... 21

CAPÍTULO 2. ....................................................................................................... 22

2.1CONCEPTOS BASICOS ............................................................................. 22

2.1.1Bomba centrifuga .................................................................................. 22

2.1.2 Aspersor............................................................................................... 23

2.1.3 Medidores de presión de agua ............................................................. 24

2.1.4Quemador de gas. ................................................................................ 26

2.1.5 Equipo de pintura electrostática. .......................................................... 28

2.1.6 Termopar tipo “J”. ................................................................................. 29

2.1.7 Horno de curado. ................................................................................. 30

2.1.8 Controlador Lógico Programable (PLC). .............................................. 31

2.1.9Transportador. ...................................................................................... 31

2.1.10 Casetas de pintura. ............................................................................ 32

2.1.11 Colectores de humo y polvo. .............................................................. 33

CAPÍTULO 3. ....................................................................................................... 35

3.1 LOCALIZACIÓN Y UBICACIÓN. ................................................................ 35

3.2 DTI DE LA LINEA DE PINTURA DE LA EMPRESA AYRVE. ..................... 37

3.3 DESCRIPCIÓN DE OPERACIÓN. .............................................................. 38

3.4 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO. ............................................. 41

3.5 OPERACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO ACTUAL. .............................. 42

3.5.1 Características del control. ................................................................... 42

3.5.2 Operación. ........................................................................................... 42

3.5.3 Horno de curado. ................................................................................. 43

3.5.4 Túnel de lavado.................................................................................... 46

VII

3.5.5 Horno de secado. ................................................................................. 47

3.5.6 Cabina de pintura. ................................................................................ 50

3.6 DESCRIPCIÓN ACTUAL DE PROCESO DE SECADO. ............................ 53

3.7 PRUEBAS DE LA ELIMINACIÓN DEL LÍQUIDO EN LAS PIEZAS METALICAS. .................................................................................................... 57

CAPÍTULO 4. ....................................................................................................... 59

4.1 DISEÑO DEL MECANISMO ....................................................................... 59

4.2SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES ..................................................... 67

4.2.1 Cilindro neumático redondo, marca FESTO modelo ENSU, de simple efecto con recuperación por muelle, escape sin conexión. ........................... 67

4.2.2 Electroválvula FESTO 5/3 vías, con centro cerrado, accionada mediante solenoide, biestable, con retorno por muelle por ambos lados. ..................... 70

4.2.3 Electroválvula FESTO 5/2 vías, accionada mediante solenoide, monoestable, con retorno por muelle. ........................................................... 72

4.2.4 Sensor de control retro polarizado. ...................................................... 73

4.2.5 Válvula anti retorno Chek FESTO. ....................................................... 75

4.2.6 Interruptor de final de carrera Allen-Bradley. ........................................ 76

4.2.7 Control Lógico Programable (PLC) Unitronics V570. ............................ 78

4.2.8 Tornillos y Tuercas. .............................................................................. 85

4.3 IMPLEMENTACIÓN DEL MECANISMO A LA LÍNEA DE PINTURA ........... 86

4.4 DIAGRAMAS DE CONEXIÓN .................................................................... 86

4.5 SIMULACION DEL MECANISMO ELECTRONEUMATICO EN FLUID-SIM. ......................................................................................................................... 89

4.6 ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA ESCALERA PARA EL CONTROL. ....... 92

4.7 DIGRAMA DE BLOQUES DEL DISPOSITIVO ELECTRO NEUMATICO.... 96

4.8 RESULTADOS DEL SISTEMA IMPLEMENTADO. ..................................... 97

4.9TIPO DE CONTROL. ................................................................................. 100

4.10 MATERIAL DEL MECANISMO. .............................................................. 101

4.10.1 Composición química. ...................................................................... 101

4.10.2 Propiedades mecánicas. .................................................................. 102

4.11 DIBUJO DE LA IMPLEMENTACIÓN A LA SALIDA DEL TUNEL DE LAVADO. ........................................................................................................ 104

CAPÍTULO 5. ..................................................................................................... 105

5.1 IMPACTO ECONÓMICO DEL PROYECTO. ............................................ 105

5.2 INVERSIÓN. ............................................................................................. 105

5.3 COSTOS EXISTENTE DE FUNCIONAMIENTO. ...................................... 106

VIII

5.4 RELACION COSTO BENEFICIO FAVORABLE. ...................................... 107

5.5 EL RETORNO DE LA INVERSIÓN ........................................................... 108

CONCLUSIONES. .......................................................................................... 109

REFERENCIAS: ............................................................................................. 110

ANEXO A ....................................................................................................... 112

ANEXO B ....................................................................................................... 114

ANEXO C ....................................................................................................... 119

ANEXO D ....................................................................................................... 126

ANEXO E ....................................................................................................... 127

ANEXO F........................................................................................................ 128

ANAXO G ....................................................................................................... 129

ANEXO H ....................................................................................................... 130

IX

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Bomba Centrifuga................................................................................................ 23 Figura 2.2 Aspersor. .............................................................................................................. 23 Figura 2.3 Manómetro Para Medir Presión. ......................................................................... 26 Figura 2.4 Quemador de Gas. ............................................................................................... 27 Figura 2.5 Equipo de Pintura Electrostática. ........................................................................ 28 Figura 2.6 Termopar tipo "J" con Termopozo. ...................................................................... 29 Figura 2.7 Horno de Curado.................................................................................................. 30 Figura 2.8 Controlador Lógico Prgrmable (PLC). .................................................................. 31 Figura 2.9 Transportador Aéreo. .......................................................................................... 32 Figura 2.10 Caseta de Pintura. ............................................................................................. 33 Figura 2.11 Colector de Humo y Polvo. ................................................................................. 34

Figura 3.1 Croquis de Localización de la Empresa AYRVEN. ................................................. 35 Figura 3.2 Layout de la distribución actual de la línea de pintura. ...................................... 36 Figura 3.3 Aplicación del desengrase en el túnel de lavado. ................................................ 38 Figura 3.4 Piezas en el interior del horno de secado. ........................................................... 39 Figura 3.5 Equipo de aplicación de pintura electrostática y cabina de despresurización marca AYRVEN. ..................................................................................................................... 39 Figura 3.6 Aplicación de la pintura en polvo. ....................................................................... 40 Figura 3.7 Interior del Horno de Curado. .............................................................................. 40 Figura 3.8 Desmontaje de piezas del Transportador. ........................................................... 41 Figura 3.9 Proceso de la línea de pintura. ............................................................................ 41 Figura 3.10 Muestra la pantalla principal del proceso. ........................................................ 42 Figura 3.11 Muestra la selección del control del horno de curado. ..................................... 44 Figura 3. 12 Pantalla del set-point para indicar la temperatura deseada. .......................... 45 Figura 3.13 Muestra las posibles fallas del sistema. ............................................................ 45 Figura 3.14 Pantalla de arranque y paro del túnel de lavado. ............................................. 46 Figura 3.15 Set-point del túnel de lavado. ............................................................................ 47 Figura 3.16 Muestra la pantalla del arranque y paro del horno de secado. ........................ 48 Figura 3.17 Muestra la pantalla para la selección manual del encendido de los diferentes elementos del horno de secado. ........................................................................................... 49 Figura 3.18 Pantalla del set-point para ingresar la temperatura deseada. ......................... 49 Figura 3.19 Esta pantalla muestra las diferentes secciones del área de pintura para su arranque o paro. ................................................................................................................... 50 Figura 3.20 Muestra el arranque y paro automático por datos ingresados por el set-point. .............................................................................................................................................. 51 Figura 3.21 Pantalla que muestra el arranque y paro manual del área de pintura. ............ 52 Figura 3.22 Pantalla de arranque o reversa manual del transportador. ............................. 52 Figura 3.23 En esta figura se observa la separación del túnel de enjuague y el horno de secado. .................................................................................................................................. 53

X

Figura 3.24 Quemador del Horno de secado. ....................................................................... 54 Figura 3.25 Interior del horno de secado con el quemador en funcionamiento. ................. 55 Figura 3.26 Vista lateral del horno de secado (dimensión). ................................................. 56 Figura 3. 27 Ubicación del personal para realizar la tarea de eliminación del líquido. ....... 57

Figura 4.1 Diseño del mecanismo en SolidWorks. ................................................................ 60 Figura 4.2 Mecanismo en SolidWorks. ................................................................................. 61 Figura 4.3 Vista frontal e inferior de la "base total". ........................................................... 62 Figura 4.4 Vista superior y posterior de "Base Manipulador". ............................................. 62 Figura 4.5 Vista frontal e inferior "Sujetador de base pieza". .............................................. 62 Figura 4.6 Vista frontal de barras "laterales primarias". ..................................................... 63 Figura 4.7 Vista de "Pieza sujeta Pistón". ............................................................................. 63 Figura 4.8 Vista frontal y derecha de "Tubo soporte pistón". .............................................. 63 Figura 4.9 Vista frontal de "Tapas Pistón". .......................................................................... 64 Figura 4.10 Vista frontal y derecha "Carcasa Pistón". ......................................................... 64 Figura 4.11 Vista del "Vástago del Pistón". .......................................................................... 64 Figura 4.12 Vista posterior "Tablero". .................................................................................. 65 Figura 4.13 Diseño de la válvula de "Succión y Dispersión" de Aire en SolidWorks. ............ 65 Figura 4.14 Vista izquierda y frontal de la válvula de "Succión y Dispersión" de aire. ........ 66 Figura 4.15 Funcionamiento 1 "Válvula de Succión y Dispersión" de aire. .......................... 66 Figura 4.16 Funcionamiento 2 "Válvula de Succión y Dispersión" de aire. .......................... 67 Figura 4.17 Dimensiones del cilindro de simple efecto. ....................................................... 68 Figura 4.18 Símbolo de cilindro neumático redondo de simple efecto. ............................... 68 Figura 4.19 Cilindro neumático redondo de simple efecto (modelo DSNU). ........................ 69 Figura 4.20 Símbolo de Electroválvula FESTO 5/3 vías". ...................................................... 70 Figura 4.21 Electroválvula FESTO 5/3 vías (modelo NAMUR). ............................................. 70 Figura 4.22 Símbolo de la Electroválvula FESTO 5/2 vías. .................................................... 72 Figura 4.23 Electroválvula FESTO 5/2 vías (modelo MFH-5-1/8). ........................................ 72 Figura 4.24 Sensor de control retro polarizado foto interruptor Allen Bradley 42SRU-6204. .............................................................................................................................................. 74 Figura 4.25 Símbolo de la válvula anti retorno FESTO. ........................................................ 75 Figura 4.26 Válvula anti retorno FESTO (modelo CA). .......................................................... 76 Figura 4.27 Símbolo del Interruptor de final de carrera. ...................................................... 76 Figura 4.28 Interruptor de final de carrera Allen-Bradley (modelo 802B). .......................... 77 Figura 4.29 PLC Unitronics Modelo Vision 570. .................................................................... 78 Figura 4. 30 Modulo Snap-in de E/S del PLC Unitronics (Vista Lateral). ............................... 80 Figura 4. 31 Modulo Snap-in de E/S del PLC Unitronics (Vista Inferior). .............................. 81 Figura 4.32 Expansión Modelo IO-LC1. ................................................................................. 82 Figura 4.33 Expansión de PLC Modelo 10-D16A3-RO16....................................................... 82 Figura 4.34 Expansión de PLC Modelo EX –D16A3-RO8. ...................................................... 83 Figura 4.35 Expansión física de E/S de PLC Unitronics Visión 570........................................ 83 Figura 4.36 Cable Cruzado RJ-45, de Ethernet. .................................................................... 85 Figura 4.37 Tornillos y Tuercas. ............................................................................................ 85

XI

Figura 4.38 Muestra el antes y el después del túnel de lavado con el mecanismo colocado sobre una de las paredes del mismo. ................................................................................... 86 Figura 4. 39 Diagrama de conexión de los elementos de control de la línea de pintura AYRVEN al PLC marca Unitronic’sVision 570. ....................................................................... 87 Figura 4.40 Diagrama de conexión del módulo modelo EX-A2X de expansión de entradas/salidas donde se conectaron nuestros elementos de control en la línea de pintura AYRVEN. ................................................................................................................................ 88 Figura 4.41 Clemas de conexión de la línea de pintura AYRVEN. ......................................... 89 Figura 4.42 Etapa de las electroválvulas desactivadas. ....................................................... 90 Figura 4.43Etapa de la electro válvula 5/2 activada. ........................................................... 91 Figura 4. 44Etapa de la electro válvula 5/3 activada del lado “A”....................................... 91 Figura 4.45Etapa de la electro válvula 5/3 activada del lado “B”. ....................................... 92 Figura 4. 46 Se muestra la primera parte del código escalera del programa de control actual para el encendido del horno de secado. .................................................................... 93 Figura 4.47 Se muestra la segunda parte del código escalera del programa de control actual para el encendido del horno de secado. .................................................................... 93 Figura 4.48 Muestra el código escalera 1 parte, con el cual será automatizado el mecanismo electro neumático. ............................................................................................ 94 Figura 4.49" 2 Parte del código de escalera del mecanismo electro neumático". ............... 94 Figura 4.50 “HMI del programa para controlar el pistón”. .................................................. 95 Figura 4.51 El sensor se encuentra activo con una luz roja indicando que no ha sensado nada. ..................................................................................................................................... 98 Figura 4.52 Inicialización del contador después de haber sido detectada la pieza.............. 98 Figura 4.53 Recorrido de la manguera para la absorción del líquido. ................................. 99 Figura 4.54 Se activa el pistón después de que termina el tiempo contador para iniciar la absorción y reciclar el líquido. .............................................................................................. 99

XII

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Propiedades mecánicas epoxi. .............................................................................. 17 Tabla 1.2 Propiedades mecánicas Poliéster-Tgic.................................................................. 18 Tabla 1.3 Propiedades mecánicas epoxi/poliéster. .............................................................. 19 Tabla 1.4 Comparación de desempeño tipos de pinturas. ................................................... 20

Tabla 2.1 Sistema internacional de medidas referenciada a la presión. .............................. 25 Tabla 2.2 Principales características de los instrumentos para medir presión. ................... 26 Tabla 2.3 Rangos del termopar. ........................................................................................... 29

Tabla 4.1 Características del cilindro de Simple efecto. ....................................................... 69

Tabla 4.2 Características de la Electroválvula 5/3. .............................................................. 71

Tabla 4.3 Características de la Electroválvula 5/2. .............................................................. 73

Tabla 4.4 Especificaciones generales del sensor de control Allen Bradley 42SRU-6204. ..... 74

Tabla 4.5 Características de la Válvula anti retorno masca FESTO. ..................................... 76

Tabla 4.6 Características de Interruptor de final de carrera Allen-Bradley (modelo 802B). 77

Tabla 4.7 Especificaciones del PLC UnitronicsVision 570. .................................................... 84

Tabla 4.8 Máximos y Mínimos de Aleaciones de los Metales. ........................................... 102

Tabla 5.1 Costo total del proyecto. ..................................................................................... 105

Tabla 5.2 Costo existente por secado manual. ................................................................... 106

Tabla 5.3 Costo de funcionamiento del horno de secado................................................... 107

Tabla 5.4 Comparación anual del gasto actual vs costo del proyecto. .............................. 107

XIII

ÍNDICE DE GRAFICAS Grafica 1.1 Curva de Curado Epoxi. ...................................................................................... 17

Grafica 1.2 Curva de Curado Poliéster-Tgic. ......................................................................... 18

Grafica 1.3 Curva de curado epoxi/poliéster. ....................................................................... 19

ÍNDICE DE ECUACIÓNES Ecuación 2.1 Presión ............................................................................................................. 24

1

RESUMEN. La tesis se desarrolló en la fábrica de Hornos y Sistemas Industriales AYRVEN S.A. de C.V., esta tiene como finalidad establecer un sistema electro-neumático en la sección de secado para la producción de piezas metálicas pintadas, debido a que existe la necesidad de mejorar y reducir los tiempos de producción, además de mantener la seguridad de los trabajadores. Actualmente esta etapa de secado cuenta con un personal desempeñando la acción de secado con ayuda de una compresora independiente al sistema; cuya mano de obra es costosa y además peligrosa ya que en dicha área se trabaja a temperaturas superiores a los 80ºC, por lo que se propone un sistema neumático el cual direccionara una manguera para retirar la mayor cantidad de líquido, además de reciclar el líquido direccionándolo a los tanques de sellador para evitar pérdidas del mismo. También se acoplara al PLC ya existente.

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INTRODUCCIÓN. En México sigue habiendo problemas en las pequeñas empresas, donde aún emplean dispositivos manuales para la mejora de su producción y eficiencia, ya que estos debido a su insuficiencia retrasan la producción y mejora del producto, o en su defecto del mismo proceso y de la planta. Es ya sabido que en la actualidad existen equipos o dispositivos que mejoran los tiempos, la calidad y la producción de un proceso cuales quiera que sea. El interés que motiva a este trabajo, es poder plantear y promover el recurso de los sistemas mecánicos, neumáticos o electro-neumáticos como posible alternativa mediante un control automático (PLC), y así poder contrarrestar los tiempos de la producción y la calidad del mismo proceso, donde se fabrican hornos y sistemas industriales, de esa forma poder evitar la mano de obra en la etapa de secado, ya que es una etapa donde se necesita mucho tiempo y esfuerzo y evitar así la fatiga del obrero o del personal en dicha etapa del proceso. Sabemos que estos sistemas son ya utilizados en muchas industrias grandes o pequeñas, y que en cierta parte mejoraron su producción y sobre todo sus tiempos, al emplearlos, y evitar desgaste físico del obrero. Este proyecto sirve para optimizar la producción en la industria ya mencionada, y también que otras industrias que se dedican a lo mismo, puedan emplearlo y así mejorar su proceso y hacerlo más eficiente y automático, reduciendo así las horas hombre. Logrando con esto optimizar y mejorar la eficiencia de la producción en las pequeñas empresas.

3

OBJETIVO GENERAL. Optimizar la etapa secado en la línea de pintura industrial AYRVEN, por medio de un dispositivo electro neumático, con el fin de llevar a cabo el correcto funcionamiento de la evaporización y acumulación de agua en las piezas metálicas, y a su vez mejorar y aumentar la producción de piezas pintadas.

4

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Mantener la seguridad de los trabajadores.

Modificar y reemplazar las antiguas técnicas con el fin de retirar la mano

humana del proceso.

Aumentar la producción y reducir gastos.

5

JUSTIFICACIÓN. Se decidió colocar un dispositivo Electro neumático el cual retire casi en su totalidad el agua acumulada en piezas que presentan ángulos de 90º, esto es debido a que en la parte convencional del secado por el aire y altas temperaturas no se lograba retirar ni evaporar el agua, esto representaba un problema para el siguiente paso del proceso que es la aplicación de la pintura electrostática. Además ya se había generado posibles soluciones; una de ellas era colocar la mano humana que con ayuda de un compresor aplicarle aire para retirar la acumulación de agua en dicha zona, esto a su vez genero más inconvenientes debido a que en esa área del secado se trabaja a una temperatura ±80ºC y no es posible que el personal pueda laborar a dichas condiciones de temperatura por condiciones de seguridad. Con lo mencionado anteriormente se pretende aumentar la producción, evitar la fatiga humana y disminuir el personal dentro de la planta.

“INTRODUCCIÓN”

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CAPÍTULO 1.

1.1 HISTORIA DE LA PINTURA. Las pinturas y concretamente las fabricadas en polvo, poco a poco han ido abriendo paso a diferentes productos que fueron satisfaciendo las necesidades en diferentes tiempos, como por ejemplo: la cal con agua, pinturas liquidas con agua, pinturas al disolvente, polvo, etc. A la fecha las que aparecieron como primeras pinturas en polvo está sujeta a diferentes opiniones, ya que la definición de pinturas en polvo es muy amplia, digo esto porque las pinturas que conocemos como rupestres (Prehistoria), se fabricaban con pigmentos extraídos de piedras y barros mezclados con tierra. Pero si nos limitamos a la definición de pinturas en polvo como tales, estas datan deprimeros de los años 60 se empiezan a diseñar los primeros recubrimientos en polvo, estas novedosas pinturas provenientes de Italia se perfilan como una alternativa a los recubrimientos líquidos. Italia que desde los inicios ha sido pionera y estandarte en la fabricación e investigación de este tipo de pinturas, comienza a ser el país que más investiga y promociona este nuevo sistema de recubrimiento. En España no se empieza a fabricar de forma comercial hasta el año 1971, en la empresa castellonense llamada LIPSA (Lacas y pinturas). Desde ese mismo momento ya se detectan innumerables ventajas sobre las pinturas liquidas, la principal y más determinante es la ausencia de disolventes.No obstante son solo la ausencia de disolventes las razones por las que a la pintura en polvo se le augura un gran futuro, también existe un ahorro de coste en el producto y la ventaja de la recuperación de la pintura no aplicada a la pieza, el poder de transferencia algo impensable en esos años. Los primeros ensayos comparativos ya detectaran innumerables ventajas a favor del polvo, aunque su aplicación tan problemática y su acabado poco depurado en aquellos años la hacían inviable para los sectores más sujetos a un nivel de calidad elevado. Hoy en día podríamos decir que la pintura en polvo puede igualar con grandes resultados la mayoría de los acabados en líquido, dando por dato que tanto la BMW, Chrysler o el pequeño Smart son vehículos en los que se están utilizando recubrimientos en polvo ya sean finales o de protección, así como las líneas blancas, o la perfilaría para construcción son sectores cubiertos totalmente por las pinturas en polvo.

1.2 APLICACIÓN. La deposición de las partículas de polvo que componen la pintura se pueden aplicar sobre la pieza de varias formas, las más conocidas a nivel industrial son el sistema electrostático y el sistema tribo, aunque existe otro sistema de aplicación

7

denominado lecho fluidificado, este consiste en calentar la pieza hasta una temperatura determinada, posteriormente se sumerge en un envase donde se fluidifica la pintura, el fluidificado garantizara que la pintura se aplica por todas las zonas de la pieza ya que dada la reactividad del polvo con el calor que produce la pieza caliente este se queda semi-adherido a la pieza a falta del horneado final, este sistema se utiliza mucho en el pintado de piezas muy pequeñas, tornillos, remaches, etc.

1.2.1 Sistema Corona. La base fundamental de este sistema de aplicación consiste en crear un campo electrostático de gran intensidad (60000-100000 voltios), producido por un generador conectado mediante un electrodo que se encuentra en el orificio de salida de la pintura, así estamos creando un campo electrostático entre las pistolas y las piezas, por lo que a la salida del polvo este cruzara este campo chocando con los electrones y sé cargándose negativamente, si conectamos la pieza a pintar a masa esta se convierte en una fuente de atracción para la pintura, ya que esta buscara la tierra más próxima para descargar el electrón con el que se ha cargado a la salida de la pistola .Este sistema tiene inconvenientes si no se utiliza con corrección, efectos denominados caja de Faraday o la retro ionización son ejemplos de lo que puede ocurrir al pintar piezas con excesivos recovecos. La gran ventaja de este sistema recae en la facilidad a la hora de manipular el polvo en las limpiezas de las cabinas, ya que aislando bien la cabina se consiguen limpiezas muy rápidas.

1.2.2 Sistema Tribo. Este sistema aprovecha la fricción de la pintura con el tubo de transporte para cargar las moléculas de pintura con protones, (Carga +), ya que al chocar con el tubo libera los electrones quedando así la carga positiva. Las pistolas tribo aprovechan la fricción para cargar electrostática mente las partículas de polvo. La bomba de polvo mezcla polvo con aire para ser transportado por el interior del tubo hasta la pistola aprovechando este transporte para separar al máximo las partículas entre sí antes de llegar a la pistola. Al chocar las partículas de polvo con las paredes del tubo de transporte tratado especialmente estas entregan electrones, con lo que se convierten en carga positiva. Los electrones que se han liberado fluyen por el tubo hasta la pistola donde son derivados a tierra. Para aumentar el rendimiento de este tipo de aplicación las pistolas están compuestas de una zona de carga donde se hace rozar las partículas nuevamente con unas piezas de teflón donde se acababan de cargar definitivamente. Este sistema posee ventajas sobre el electrostático ya que al trabajar con carga positiva no se producen fenómenos como la caja de Faraday o la retro ionización, además posee un mejor estirado del polvo al polimerizar y una excelente penetración en recovecos y esquinas. Su mayor problema es el excesivo desgaste de los

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componentes ya que la base de trabajo de este sistema es la fricción y la dificultad a la hora de la limpieza de los conductos para cambios de color. En 1953, un científico alemán llamado Erwing Gemmer, desarrollo el primer proceso de aplicación por lecho fluidificado, convirtiéndose en el método de aplicación para pinturas en polvo más utilizado en EEUU y Europa hasta finales de 1965, En 1962 la empresa Sames fabrica el primer equipo electrostático para la aplicación de pintura en polvo, sus dimensiones eran tremendas, parecía un armario. En la década de los 60, básicamente se utilizaban resinas epoxi en combinación con diciandiamida (Endurecedor) que curaban en 30 min. a 180ºC.

1.3 DEFINICÍON DE PINTURA. Pintura es una mezcla líquida o viscosa que aplicada por extensión, proyección o inmersión sobre un objeto o material, lo reviste, colorea y protege. Componentes de las pinturas, se dividen en dos que son los secativos y aditivos.

1.4 CUALIDADES QUE DEBE TENER LA PINTURA.

1.4.1Aglutinante. Es el elemento que da cuerpo, dureza y durabilidad a la pintura y que protege a la base. Hay varios tipos de aglutinantes.

1.4.2 Disolventes.

Destinados a facilitar la extensión, a veces disolución, del aglutinante. Sirve para fluidificar y es generalmente volátil, o sea, desaparece más o menos en su totalidad por evaporación.

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1.4.3 Secantes o secativos. Son materiales que se añaden para catalizar o acelerar la oxidación y polimeración de los aceites vegetales, disminuyendo el tiempo de secado. El más importante es el LITARGIRIO (Monóxido de Plomo). Si se añade a los aceites y se hierve la mezcla, se obtiene un líquido denso que seca con rapidez. Existen otros secativos como óxidos de Cobre, Hierro, etc. Y otros orgánicos. Se emplean en pequeña proporción.

1.4.4 Pigmentos. Son sustancias que sirven para dar a los objetos una tonalidad o matiz distinto al que tenían, normalmente son en forma de polvo e insolubles.

1.4.5 Cargas. Son materiales neutros respecto a los demás componentes y su objeto es aumentar su viscosidad o el volumen. No son necesarias.

1.4.6 Barnices. Son líquidos que, extendidos en capas delgadas, al solidificar dan una superficie lisa, continua y, generalmente, incolora y brillante. Protege de los agentes atmosféricos. Pueden ser transparentes o translúcidos; volátiles, al óleo o celulósicos.

1.5 PINTURAS AL AGUA.

1.5.1Temple. Es una pintura al agua (el agua es el disolvente). Tiene como aglutinante colas celulósicas o amiláceas y como pigmento sulfato de calcio (yeso) o carbonato cálcico (blanco de España).Es porosa, permeable, de aspecto mate agradable, poco duro, barato. No resiste el agua o lavado y al repintar hay que eliminar todas las capas anteriores. Se emplea en superficies interiores de yeso o cemento que no sufran mucho frote. No se debe exponer en sitios donde se produzcan condensaciones de agua pues origina manchas de moho. El temple liso se aplica con brocha o rodillo de lana o proyectado a pistola. El temple picado (con relieve) se aplica con rodillo de esponja. El temple gotelé se aplica con máquinas que proyectan gotas, con diferentes acabados: gotelé aplastado, gotelé rayado, gotelé artillera.

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1.5.2Pintura al cemento. Es una pintura al agua formada por cemento blanco y un pigmento que resista la alcalinidad. Se vende en polvo, que puede estar coloreado o no. Al efectuar la mezcla se debe efectuar inmediatamente el trabajo ya que tanto el secado como la formación de las capas son como el fraguado del cemento, o sea, necesitan humedad constante. Es mate, absorbente y resiste agentes atmosféricos. Se debe emplear sobre superficies ásperas, rugosas y porosas para que se adhiera con facilidad. Se utiliza en exteriores. (Ladrillos, mortero de cemento y derivados)Se aplica con brocha, rodillo o pulverizado.

1.5.3Pintura a la cal. Es una pintura al agua que tiene como aglutinante y pigmento hidróxido de calcio (cal apagada).Acabado mate, poroso, absorbente, endurece con el tiempo, la humedad y la lluvia favorecen la carbonatación. Resiste a los agentes atmosféri-cos. Tiene buenas propiedades microbicidas. Puede colorearse. Se debe manejar con precaución por su causticidad. Tiene buena adherencia sobre mortero, cal, piedra, ladrillo. Se emplea en interiores y exteriores. No emplear sobre yesos, madera o metales. Se aplica con brocha, rodillo o pulverizadores.

1.5.4Pintura al silicato. Es una pintura al agua que tiene como aglutinante una disolución acuosa de silicato de potasio o sosa y como pigmento blanco de zinc u otros pigmentos minerales resistentes a la alcalinidad. Es dura, resistente a la intemperie y la alcalinidad del soporte, por lo que se puede emplear sobre el hormigón y el cemento pero no sobre yeso. Tiene una gran adherencia al vidrio y al hierro. Se transportan separados el vehículo del pigmento pues la vida mezclada queda limitada. Se utiliza en exteriores sobre cemento y derivados, piedra, ladrillo y vidrios. Se aplica con brocha, pistola o rodillo.

1.5.5Pintura plástica. Es una pintura al agua que tiene como aglutinante resinas plásticas o acrílicas y como pigmento cualquier tipo de pigmento que resista la alcalinidad. El aspecto varía de mate a gran brillo. Buena adherencia. Resistencia al lavado y al frote debida a su contenido de resinas. Se seca rápidamente, aunque se retrasa en tiempo húmedo. Es perjudicado por las bajas temperaturas (Temp. Mín. entre 5 y 10 ºC). Sobre el hormigón se recomienda utilizar resinas acrílicas. Gran gama de colores. Se utiliza en interior y exterior sobre yeso, cementos y derivados. Si se utiliza sobre madera o metal se debe dar previamente una imprimación. Se aplica pinturas al aceite. .

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1.6 PINTURAS AL ACEITE O AL ÓLEO.

1.6.1Pintura al aceite. Tiene como conglomerante y como aglutinante aceites vegetales secantes (aceite de linaza), como disolvente aguarrás o whitespirit y cualquier clase de pigmento. No mezclar con resinas duras. Muy utilizadas anteriormente por su flexibilidad y penetración sobre bases porosas, pero varios inconvenientes han hecho que se mezclen con resinas duras dando lugar a los esmaltes. En la actualidad casi no existe en el mercado. Se emplea con predominio de aceite en imprimaciones corrosivas sobre metales y en la madera en exteriores por su penetración. Se aplica con brocha, dejando varios días entre la primera capa o imprimación y el acabado o segunda mano.

1.6.2Esmalte graso. Está compuesto por aceites secantes mezclados con resinas duras naturales o sintéticas. Es una simple mezcla, en los esmaltes sintéticos es una combinación química.Como disolvente, aguarrás o whitespirit. Buen brillo, que se pierde en la intemperie. Buena extensibilidad. No resiste la alcalinidad (por lo que hay que aislar la superficie del cemento). Tiene un secado y un endurecimiento lentos que se retrasan con el frío. La tonalidad blanca no es muy pura. Dan buenos barnices transparentes. Se utiliza en interiores como esmalte de acabado. En exteriores, debido al aceite pierde brillo al sol, por lo que tiene un uso restringido. Se aplica con brocha o con rodillo especial de esmaltar.

1.6.3Esmaltes sintéticos. Se obtienen por combinación química de resinas duras y aceites secantes. Como disolvente, aguarrás o whitespirit. Las resinas más empleadas son las alquílicas, que tienen gran dureza, buen brillo, resisten agentes químicos e intemperie y, al combinarse con los aceites, tienen gran flexibilidad. Secan con rapidez. Gran brillo, incluso al exterior. Al interior disminuye el brillo y las resistencias exteriores disminuyen. Se utilizan mucho en decoración y protección de superficies de made-ra y sobre metal, tanto en exteriores como en interiores. Además de utilizarlo como cubriente, se obtienen barnices transparentes. También se utilizan como imprimaciones anticorrosivas, aunque necesitan primero una preparación esmerada si se utiliza sobre metal. También se utiliza sobre superficies de cemento, aunque conviene neutralizarlo. Se aplica con brocha, rodillo, pistola o por inmersión.

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1.7 PINTURAS DE RESINAS.

1.7.1Pinturas al cloro-caucho. Se obtienen a base de un derivado clorado del caucho. Disolventes especiales, generalmente aromáticos (los disolventes normales, aguarrás, whitespirit, no son suficientemente fuertes). A veces llevan cargas, pigmentos de color y aditivos adecuados. Resisten agentes atmosféricos, agua y agentes químicos. Son imper-meables, se adhieren bien a cualquier superficie, incluso las de tipo alcalino. Secado rápido. Resisten la sosa y los ácidos y se reblandecen con aceites y grasas. Son sensibles al calor (" 70 ºC) y se descomponen a estas temperaturas. Se utiliza sobre superficies de hormigón, acero, depósitos de cemento, marcas viales, piscinas, etc. No tienen problemas para repintados. Se aplica con brocha y con pistola aerográfica utilizando los disolventes especiales para evitar que se formen hilos.

1.7.2Pinturas epoxi. Se transportan en dos envases, en uno la resina epoxi y en el otro un catalizador o endurecedor. Los pigmentos pueden ir con cualquiera de los dos componentes. Disolventes fuertes. Duración limitada de la mezcla. Muy duras, gran resistencia química, adherencia al cemento, secado rápido. Se pueden mezclar con alquitranes obteniendo impermeabilidad y resistencia al agua. No emplear a menos de 10 ºC. Si se utiliza sobre acero hay que eliminar todo el óxido. Se utiliza en instalaciones industriales, en tanques aunque lleven ácidos o álcalis, en garajes, en lavaderos, en todo tipo de naves sujetas a frecuentes limpiezas. Tienen una propiedad de descontaminación radiactiva, por lo que se utilizan en hospitales y laboratorios en los que exista medicina nuclear. Se aplica con brocha, pistola y a veces con rodillo.

1.7.3Pinturas de poliuretano (resinas de poliéster). Hay dos tipos: unas que tienen un solo componente que se cataliza con la humedad, y otras que tienen dos componentes: una resina de poliéster que se mezcla con un endurecedor o catalizador. Se utilizan disolventes especiales, los que recomiende el propio fabricante. Elásticas, duras, gran brillo, resisten productos químicos e intemperie. Muy decorativas, con el endurecedor adecuado no amarillean. Son sensibles a los alcoholes con los que reaccionan y forman. Burbujas. No pintar en tiempo húmedo. Para lograr una pintura de gran calidad se recomienda dar primero una mano de pintura epoxi y luego otra de poliuretano. Buenos barnices para el suelo de madera. En muebles como barniz o esmalte coloreado. Si se utiliza sobre metales conviene darle antes una capa de

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Minio. Endurece con rapidez. Si se dan varias capas, no dejar pasar más de 48 horas entre una y otra. Se aplica con pistola aerográfica, a veces con brocha o rodillo. En talleres con máquinas de cortina.

1.7.4Pinturas ignifugas e intumescentes. Son pinturas que no arden al someterlas a una llama intensa, y a veces aíslan el elemento de la acción del fuego por lo que retrasan su destrucción. Puede ser ignifugas simplemente o además ser intumescentes, que son en las que, al producirse el fuego, aparece un efecto de esponjamiento celular debido al calor consiguiendo que una capa delgada de pintura se transforme en una costra esponjosa. Detiene la propagación del fuego y aísla el soporte. Se suelen realizar varias capas finas hasta llegar a 1 mm. Son sensibles al agua porque pierden parte de sus propiedades. Son de poca finura en el grano, cuando se pintan puertas se hacen a parte para que el grano sea más fino. Se aplican por pulverización, brocha y rodillo.

1.8 LACAS O PINTURAS NITROCELULOSICAS(AL TUCO). Están formadas por nitrocelulosa plastificada para darle más flexibilidad. Hay dos tipos: las que tienen un brillo directo, con un tipo de resina; y las que, con aditivos, desarrollan el brillo al pulirlas. Los disolventes son especiales y de rápida evaporación. Duras y tenaces. Resisten el roce y la intemperie. Pierden parte del brillo, que se recupera al pulir. Al evaporarse los disolventes se secan. No recomendadas en maderas. Hay que tener en cuenta los cambios de humedad. Se utilizan como lacas transparentes, para barnizar maderas. Tiene una diversa gama de brillos. En superficies metálicas, chapas de coches. Se aplica con pistola aerográfica, y a veces con brocha o muñequilla.

1.9 PINTURAS BITUMINOSAS. Se obtienen con soluciones de productos bituminosos (breas y alquitranes) y con disolventes normales (whitespirit, aguarrás). Algunas veces se incorporan resinas. Son impermeables al agua. Resisten aceite, petróleo y álcalis pero no resisten Disolventes. Se adhieren bien sobre metal y cualquier elemento de enfoscado, mortero, hormigón, etc. Con el tiempo y a causa generalmente del sol y del aire, pierden parte de sus propiedades porque se oxidan y aparecen grietas. Se utiliza como protección contra humedades. Elementos metálicos, impermeabilizar hormigón, juntas de dilatación, protección de elementos enterrados. Se aplica con brocha, pistola, espátula y por inmersión.

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1.10 SILICONAS. Son productos sintéticos formados por un elemento químico, el silicio, con átomos de hidrogeno, oxígeno y otros radicales. A veces no penetran lo suficiente en el Material. Cuando se depositan sobre un elemento, si posteriormente se aplicase agua no cambia de color, o sea, no se moja y el agua resbala. Se debe hacer una impregnación muy abundante porque no se puede repetir el tratamiento. En forma de barnices son transparentes, brillantes, saturan los poros y repelen el agua. Cuando se utilizan sobre superficies de cemento, conviene esperar a que el hidróxido de calcio libre se carbonate. Se utilizan como antiespumantes, a veces para dar efecto de martelé. También con efectos hidrofugantes. Se aplican generalmente con brocha o pistola.

1.11 PINTURAS DE ALUMINIO. De aspecto metálico. Se incorpora una pasta de aluminio molido y un barniz graso. El aluminio forma unas escamas que flotan, llamado efecto leafing, y forman una película de aspecto metálico por la que no penetra la humedad. También aísla de rayos ultravioleta. Si no flotasen se emplea como carga o para mezclar con otras pinturas. Resiste a la intemperie según el tipo de resina, resiste ambientes marinos. A veces las escamas superiores se desprenden y producen manchas. Si el pigmento también es metálico, resiste altas temperaturas (100-150 ºC). Refleja los rayos infrarrojos del Sol, por lo que se emplea en tanques para evitar su calentamiento. También se emplean para cerrar nudos de madera. Se utilizan para proteger superficies de hierro previa imprimación antioxidante. Pintura resistente al calor. Se aplica con pistola, brocha y rodillo.

1.12 PINTURAS AL MARTELÉ. Es una pintura al aluminio. Las escamas no flotan. Por efecto de una silicona tiene un aspecto característico que se llama martelé. Es una especie de dibujo irregular, parecido a si martilleásemos sobre cobre para darle forma. Como aglutinante, cloro caucho, epoxi, poliuretano, etc. Hay que dar dos manos porque hay que cuidar que en los cráteres no dejen de proteger el soporte. Disimula defectos. Sus características varían en función del aglutinante. Color gris metálico. A veces pueden alterarla pinturas próximas y si se pinta con pistola, hay que cuidar que las gotas no escurran. Se emplea en ascensores, puertas metálicas, armarios metálicos, instalaciones, aparatos eléctricos. A veces como pinturas decorativas. Se aplica con pistola aerográfica. Lo debe realizar un experto.

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1.13 LACADO. En la actualidad es un acabado por su tersura y su perfecta superficie. Se puede conseguir con distintos tipos de esmaltes y pinturas, cuidando las fases del proceso y, como se dan varias capas, que no haya problemas de adherencia entre ellas.

1.14 PINTURA ELECTROSTATICA. Es un tipo de recubrimiento que se aplica como un fluido, de polvo seco, suele ser utilizado para crear un acabado duro que es más resistente que la pintura convencional. El proceso se lleva a cabo en instalaciones equipadas que proporcionen un horno de curado, cabinas para la aplicación con pistolas electrostáticas y por lo general una cadena de transporte aéreo, donde se cuelgan las partes, por lo general electrodomésticos, extrusiones de aluminio, partes de automóviles y bicicletas donde se cubren con una pintura en «polvo» (también llamada laminación). Se consiguen excelentes resultados tanto en términos de acabado y sellado hermético. En la industria manufacturera se encuentra una amplia aplicación, de hecho, desde un punto de vista cualitativo, es más fácil de aplicar, y desde un punto de vista ecológico, no crea ningún problema para los operadores y el medio ambiente. Se puede aplicar a los siguientes materiales tales como el acero, aluminio y metales galvanizados. Con los colorantes se pueden obtener todos los matices de color, incluso la gama de RAL, que es un código que define un color mediante un conjunto de dígitos RAL proviene de "ReichsausschußfürLieferbedingungenundGütesicherung", lo cual se traduce como "Comité Estatal para plazos de entrega y garantía de calidad". Originalmente la tabla RAL constaba de 40 colores y hoy en día la cifra asciende a 213. Los códigos se definen mediante 4dígitos, el primero de los cuales define el rango de color. Las familias de tonos son las siguientes:

40x amarillos.

14x naranjas.

34x rojos.

12x purpuras – magentas.

25x azules.

36x verdes.

38x grises.

20x marrones.

14x negros-blancos.

El código RAL de colores es ampliamente utilizado en aplicaciones civiles y militares.

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1.14.1 Composición de la Pintura Electrostática. La pintura electrostática es un compuesto de resinas sintéticas, endurecedores, aditivos, pigmentos y cargas. Los porcentajes en los cuales estos se presenten, dará a la pintura las características propias como lo son el color, la resistencia, la flexibilidad y el acabado. La composición de la pintura es demasiado variada como para tener valores porcentuales absolutos de todos los posibles tipos de pintura que se puedan desarrollar, sin embargo existen algunos lineamientos que permiten al formulador ir modificando las cantidades de los compuestos hasta lograr el producto que se requiere en determinada aplicación. Las resinas son la base de la pintura, ya que son las encargadas de aportarle el brillo y la mayoría de propiedades mecánicas a la misma. Para lograr un buen recubrimiento en la pieza se habla de tener aproximadamente entre un 50-55% del peso total en resina. Y su porcentaje es directamente proporcional al aumento de las propiedades que le da a la pintura. Los endurecedores son los compuestos que reaccionan con las resinas para que se dé la polimerización. De acuerdo al tipo de resina que se usa para diferentes aplicaciones, tiene también su endurecedor definido. Por esto, el endurecedor no tiene muchas posibilidades de variación dentro de las pinturas y se podría asumir como un valor constante. Los pigmentos son los encargados de darle el color a la pintura. Para este compuesto en particular la formulación porcentual es similar a la de la pintura liquida, ya que el color exacto que se requiere tiene sus porcentajes definidos en los colores que lo conforman. Los pigmentos que se utilizan para la pintura electrostática deben ser especiales para soportar y no decolorarse a las altas temperaturas que son sometidos en el proceso de polimerización. Brindar al producto final importantes propiedades mecánicas como la resistencia al impacto, también ayudan a eliminar el brillo excesivo que puedan dejar las resinas en la pintura. Por último, los aditivos son el componente de menor porcentaje dentro de la pintura, y están encargados del aspecto y del acabado de la pintura, para que sea de manera prolija y homogénea. Pese a la cantidad de posibilidades que se pueden gestar modificando los porcentajes de los componentes de la pintura electrostática, actualmente en el mercado existen tres tipos de pintura comercial: la epoxi, la poliéster- Tgic, y la epoxi/poliéster (hibrida). Las cuales se pueden comprar del color necesario y que abarcan aproximadamente el 87% de consumo de pintura electrostática en Colombia. Cada uno de estos tipos de pintura es utilizado en la industria para diferentes aplicaciones, en las cuales se deben tener en cuenta factores como la corrosión, la exposición al sol y la resistencia al impacto. La pintura Epoxi está conformada por resinas epoxidicas, las cuales son utilizadas principalmente con fines funcionales, sacrificando así un poco el acabado. Las características esenciales de este tipo de pintura es que cuenta con una elevada resistencia a los impactos, garantiza un muy buen rendimiento de aplicación, mejora la adherencia de las posteriores capas de pintura, tiene un alto agente para evitar la oxidación y no es contaminante. En contraprestación a estos beneficios, la pintura epoxi tiene muy baja durabilidad en brillo y acabado, y no son recomendados para aplicaciones a la intemperie. Las aplicaciones más comunes para este tipo de

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pinturas son, Anticorrosivos, acabados funcionales, y resistencia química (Tabla 1.1).

Tabla 1.1Propiedades mecánicas epoxi.

Como se puede observar en la curva de curado de la pintura Epoxi (Grafica 1.1).

Grafica 1. 1Curva de Curado Epoxi.

La pintura poliéster-Tgic contienen resinas de poliéster endurecidas con trigicidilisocianurato. Las características (Tabla 1.2) esenciales de este tipo de pintura es la alta resistencia a la intemperie, con una alta retención de brillo, mantiene estables los colores y el acabado, tiene alta resistencia a los rayos ultra violetas y a la temperatura. En contraprestación a estos beneficios, la pintura poliéster-Tgic tiende a reventarse si se tiene una alta carga funcional, como lo pueden ser impactos y dobleces, también tiene menor resistencia a la oxidación y a los agentes químicos. Las aplicaciones más comunes para este tipo de pintura son:

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En exteriores, zonas donde se genere calor y obras de arquitectura en la parte de acabados.

Tabla 1.2Propiedades mecánicas Poliéster-Tgic.

Como se puede observar en la curva de curado de la pintura Poliéster-Tgic (Grafica 1.2).

Grafica 1. 2Curva de Curado Poliéster-Tgic.

La pintura epoxi/poliéster (Tabla 1.3), contiene resinas poliéster, las cuales son

endurecidas con resina epoxidicas. Las características esenciales de este tipo de

pinturas es una mezcla de propiedades entre la pintura epoxi y el poliéster en

menores proporciones pero de manera más homogénea en general. Ya que

mezcla los beneficios de trabajos en intemperie con la resistencia a los impactos y

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la dureza de la epoxi. Las aplicaciones más comunes para este tipo de pinturas

son: usos generales en interiores y decoración, usos en exteriores no muy

prolongados.

Tabla 1. 3Propiedades mecánicas epoxi/poliéster.

Como se puede observar en la curva de curado de la pintura Epoxi/Poliéster (Grafica 1.3).

Grafica 1.3 Curva de curado epoxi/poliéster.

Teniéndose clara la composición y las aplicaciones de los diferentes tipos de pintura, se realiza una tabla comparativa de las tres, teniendo en cuenta los factores y variables más importantes de desempeño, calificándose de 1 a 5, siendo 5 el mejor desempeño y 1 el peor, como se muestra en la tabla 1.4.

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Tabla 1.4 Comparación de desempeño tipos de pinturas.

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1.14.2Usos y aplicaciones de la pintura en polvo electrostático

La pintura en polvo se puede utilizar para:

Objetos, piezas y partes metálicas ferrosas y no ferrosas: Muebles

metálicos y plásticos de oficina, Archivadores, Armarios de metal (Lockers),

Gabinetes, Ductos, Repisas, Pedestales, Costados, Mástiles, Bases,

Pantallas, Faldones, Herrajes y accesorios para oficina abierta.

Sector Comercial: Estanterías, Exhibidores, Luminarias, Equipos de

calefacción, Señales de tránsito, Esculturas, Ornamentación, Bicicletas,

Motocicletas, Amortiguadores, Piezas de automóviles, Limpia-brisas,

Cerrajería, Artesanías, Juguetes, Artículos en alambre, Cajas fuertes.

Sector Industrial: Lámina, Tubería, Platina y perfilería en ColdRolled y Hot

Rolled, Maquinaria, Herramientas, Imprimaciones Anticorrosivas, Andamios,

Piezas metalúrgicas, Vigas, Planchas, Formaletas, Estanterías, Ductos,

Caños, Tuberías, Galpones, Silos, Electrodomésticos. Partes y piezas de

automóviles, Tejas metálicas onduladas y acanaladas, Ductos de

ventilación.

Sector Hospitalario: Camillas, Estructuras de mesas y camas, Biombos,

Ortopédicos, Escalas, Carros de instrumentación, Mesas puente, Paneles

médicos.

Sector Hogar: Muebles de terraza, Barandas, Escaleras, Estufas, Neveras,

Radiadores, Buzones, Calentadores, Pasamanos, Camas, Mesas, Marcos

para cuadros, Repisas, Roperos, Rejillas de aire acondicionado,

Cerraduras, Grifos, Elementos sanitarios, Puertas, Portones, Protecciones,

Paneles para fachadas.

Sector Eléctrico: Canaletas, Dieléctricos, Poste de Alumbrado, Porta-

cables, Tableros, Contadores, Cofres, Bastidores, y Gabinetes eléctricos.

Objetos, piezas y partes en aluminio: Perfilería de aluminio para divisiones

para baño y oficina, Ventana arquitectónica, Portones de acceso, Corta-

soles, Láminas, Marcos, Puertas, Llantas de automóviles.

En conclusión y con la ya mencionado es de suma importancia conocer la

historia y los diferentes métodos que existen en la industria del pintado, ya

que en base a eso podremos tomar el criterio necesario de nuestra

implementación así el proceso de pintado industrial en la etapa de secado,

posteriormente se mencionara a detalle en los siguientes capítulos.

“ANTECEDENTES DEL PROCESO DE PINTADO INDUSTRIAL”

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CAPÍTULO 2.

2.1CONCEPTOS BÁSICOS

2.1.1Bomba centrifuga

Las Bombas centrífugas (figura 2.1) también llamadas Roto dinámicas, son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de una sola vez para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia unos tubos de salida o hacia el siguiente rodete se basa en la ecuación de Euler y su elemento transmisor de energía se denomina impulsor rotatorio energía cinética y potencial requeridas y es este elemento el que comunica energía al fluido en forma de energía cinética. Las Bombas Centrífugas se pueden clasificar de diferentes maneras:

Por la dirección del flujo en: Radial, Axial y Mixto.

Por la posición del eje de rotación o flecha en: Horizontales, Verticales e

Inclinados.

Por el diseño de la coraza (forma) en: Voluta y las de Turbina.

Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente Bipartidas y las

Radialmente Bipartidas.

Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.

Las Bombas Centrífugas se pueden clasificar de diferentes maneras:

Por la dirección del flujo en: Radial, Axial y Mixto.

Por la posición del eje de rotación o flecha en: Horizontales, Verticales e

Inclinados.

Por el diseño de la coraza (forma) en: Voluta y las de Turbina.

Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente Bipartidas y las

Radialmente Bipartidas.

Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.

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Figura 2.1 Bomba Centrifuga.

2.1.2 Aspersor Un aspersor,(figura 2.2) es un dispositivo mecánico que en la mayoría de los casos transforma un flujo líquido presurizado y lo transforma en rocío, asperjándolo para fines de riego, expulsar el agua por medio de una cortina hasta donde sus capacidades de presión de salida y tipo de boquilla se lo permitan, un chorro de agua asperjado es un conjunto aleatorio de gotas de agua que son expulsadas, de un medio presurizado, a otro compresión donde, este conjunto de agua pulverizada guarda direcciones similares y velocidades diferentes (esto a causa de los tipos de boquilla) donde, el único objetivo es conseguir una cortina de agua lanzada al espacio de la manera más uniforme posible.

Figura 2.2 Aspersor.

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2.1.3 Medidores de presión de agua Los medidores de presión (figura 2.3)son instrumentos de precisión fabricados para medir la presión sanguínea, la presión de líquidos y gases en tuberías o tanques de almacenamiento y la presión atmosférica, a grandes rasgos, teniendo para cada uso diversos equipos disponibles de acuerdo a las necesidades. Dependiendo de las aplicaciones de los medidores de presión, son las unidades disponibles para sus resultados, además de que algunos reciben nombres diferentes dependiendo también del tipo de presión que van a medir. Podemos ya entender que la presión se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de área. En ingeniería, el término presión se restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de área de la superficie que lo encierra. De esta manera, la presión (P) de una fuerza (F) distribuida sobre un área (A), se define como, ver la ecuación 2.1.

Ecuación 2.1 Presión

Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir presión. Entre estas se tienen: Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un proceso. Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor máximo dado por las especificaciones del diseño. En aplicaciones de medición de nivel. En aplicaciones de medición de flujo. En el sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de presión es el Pascal (Pa), que se define como la fuerza ejercida por un Newton (N) sobre un área de un metro cuadrado (m2). O sea, Pa = N/m2. Esta es una unidad de presión muy pequeña, pero el kilo pascal (KPa), 1.000 Pa, permite expresar fácilmente los rangos de presión comúnmente más usados en la industria petrolera. Otras de las unidades utilizadas son el Kilogramo por centímetro cuadrado (Kg/cm2); libras por pulgada cuadrada (Psi); bar, y otros, como se muestra en la tabla 2.1.

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Tabla 2.1 Sistema internacional de medidas referenciada a la presión.

Instrumentos para medición de la presión se pueden observar sus características principales en la tabla 2.2.Los instrumentos mecánicos utilizados para medir presión cuyas características se pueden clasificarse en: Columnas de Líquido:

Manómetro de Presión Absoluta.

Manómetro de Tubo en U.

Manómetro de Pozo.

Manómetro de Tubo Inclinado.

Manómetro Tipo Campana.

Instrumentos Elásticos:

Tubos Bourdon.

Fuelles.

Diafragmas.

Instrumentos electromecánicos y electrónicos

Los instrumentos electromecánicos y electrónicos utilizados para medir presión pueden clasificarse en:

Medidores de Esfuerzo (Strain Gages).

Transductores de Presión Resistivos.

Transductores de Presión Capacitivos.

Transductores de Presión Magnéticos.

Transductores de Presión Piezoeléctricos.

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Tabla 2.2 Principales características de los instrumentos para medir presión.

Figura 2.3 Manómetro Para Medir Presión.

2.1.4Quemador de gas. Los quemadores (figura 2.4) son elementos pertenecientes a los generadores de vapor que se utilizan para producir una combustión eficiente y segura y una llama estable; admitiendo y/o generando la mezcla de combustible y comburente en su interior. Debido a que los combustibles fósiles pueden hallarse en estado líquido,

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sólido y gaseoso existen distintos tipos de quemador diferenciados en función del combustible. En instalaciones de pequeño y medio tamaño industriales es frecuente que el combustible empleado sea gas natural. Esto se debe a su facilidad de suministro, economía y bajo contenido en azufre principalmente. Pueden emplearse también en otro tipo aplicaciones más específicas en que sea procedente gases licuados del petróleo GLP, biogases y gases subproducto. Los quemadores de gas en generadores de vapor pueden estar sujetos a varias clasificaciones. En primer lugar el quemador de gas puede ser de difusión o de pre-mezcla. Los quemadores de difusión son aquellos en que el combustible quema, a medida que entra el comburente. Los quemadores de pre-mezcla, son aquellos en que la mezcla combustible/comburente se produce con anterioridad a la ignición. Las calderas y hornos de curado de tamaño reducido y dedicados a generar vapor con fines de calefacción y curado y procesos en la industria utilizan quemadores de gas compactos. Estos quemadores están constituidos por módulos en los que todos los elementos necesarios para crear la llama están situados en un mismo envolvente.

Figura 2.4 Quemador de Gas.

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2.1.5 Equipo de pintura electrostática.

El equipo es una unidad electrónica de aplicación de pintura en polvo, mediante una pistola de aspersión (figura 2.5). La pistola aplica cargas eléctricas a las partículas de polvo, las cuales se ven fácilmente atraídas a la pieza a pintar que se haya conectada a la tierra eléctrica del sistema. El principio de aplicación se basa en el hecho de que las partículas con cargas eléctricas opuestas se atraen. Tal principio es útil en el pintado de máquinas y aparatos electrodoméstico s, muebles de oficina, accesorios para automóviles, alambres, perfiles y elementos de fachadas, entre otros

Figura 2.5 Equipo de Pintura Electrostática.

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2.1.6 Termopar tipo “J”. Un termopar (figura 2.6) es un sensor de temperatura que consiste en dos conductores metálicos diferentes, unidos en un extremo, denominado junta caliente suministrando una señal de tensión eléctrica que depende directamente de la temperatura; este sensor puede ser conectado a un instrumento de medición de Fem (fuerza electro motriz) o sea un mili voltímetro o potenciómetro. Un termopar no mide temperaturas absolutas, sino la diferencia de temperatura entre el extremo caliente y el extremo frío. Este efecto termoeléctrico hace posible la medición de temperatura mediante un termopar.

Figura 2.6 Termopar tipo "J" con Termopozo.

Generalmente los termopares se fabrican con tubos protectores o termopozo, esta es con el fin de proteger los alambres del termopar contra las atmosferas corrosivas y las altas presiones. (Tabla 2.3).

Tabla 2.3 Rangos del termopar.

Tipo de Termopar

Calibres AW6 - Expresados en Milímetros

8= 3.25 14= 1.63 20= 0.81 24= 0.51 28=0.33

J 760°C 590°C 480°C 370°C 320°C

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2.1.7 Horno de curado. Este horno (figura 2.7) consigue llegar a la temperatura de curado a través del calentamiento del aire dentro del recinto donde se colocan las piezas. Para lograr esto, se pueden utilizar tanto quemadores de gas como resistencias eléctricas. Y sistemas de recirculación de aire para generar la convección forzada. A su vez, estos hornos se pueden utilizar en forma estática (trabajo por tandas o lotes) o en forma continua (línea continua de producción). En otras palabras un horno de curado es una cámara donde se utiliza aire a una temperatura mucho mayor al ambiente para retirar humedad de un producto, desde luego está cerrada la cámara.

Figura 2.7 Horno de Curado.

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2.1.8 Controlador Lógico Programable (PLC). Es un controlador lógico programable, figura más conocido por sus siglas en inglés PLC (ProgrammableLogicController),es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en montaje atracciones mecánicas. Los PLCs (figura 2.8), son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real duro donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, que de lo contrario no producirá el resultado deseado.

Figura 2.8 Controlador Lógico Prgrmable (PLC).

2.1.9Transportador. Es un sistema de rieles aéreo (figura 2.9) que sirve para el transporte de piezas metálicas o cualquiera que sea, traslada ese material a otras etapas o casetas, para su posterior tratado de las superficies o en caso de procesos agresivos para los componentes de manutención, altas temperaturas o baños. Igualmente son aplicados para transporte con grandes distancias o altos ciclos o en ambientes nocivos o peligrosos por el ser humano, y en líneas de montaje de piezas, permitiendo la operatividad alrededor de éstas, puesto que el suelo no es ocupado

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por las mismas. Este sistema soluciona satisfactoriamente el almacenaje intermedio en los procesos de producción y la integración de las líneas de tratamiento de superficies en el proceso productivo.

Figura 2.9 Transportador Aéreo.

2.1.10 Casetas de pintura. Sirven para la protección del usuario, mejoramiento del ambiente de trabajo y cuidado del ambiente exterior, aumento en la capacidad productiva, mejora en la Calidad del producto final y prevención de incendios, también permite evitar la salpicadura y atrapar el polvo o liquido durante el proceso de aplicación a piezas metálicas (figura 2.10). En otras palabras una cabina es un túnel de viento dentro del cual se lleva a cabo el proceso de pintura o recubrimiento por aspersión. Cuando la pintura se aplica a un producto en particular, no toda queda adherida al mismo y es precisamente la que no se adhirió al producto la que puede causar problemas muy graves. Esta parte del producto se denomina "sobre aspersión" y al ser un producto orgánico en suspensión en el aire forma una mezcla que fácilmente puede resultar combustible. Una cabina o caseta de pintura, independientemente de su principio de funcionamiento (cortina de agua o filtros secos) aporta seguridad al operador, mejora el ambiente de trabajo dentro y fuera de la planta y evita incendios por la función principal que desempeña.

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Figura 2.10 Caseta de Pintura.

2.1.11 Colectores de humo y polvo. Sirven para la extracción de polvo, gases, vapores, humos; que son producto de procesamiento de minerales, cemento, granos, químicos, productos farmacéuticos, madera, caucho y otros, figura 2.11. Se desarrollan para aplicaciones como las Mineras, Industrias de procesamiento de Alimentos, Madereras, Empresas Químicos, Metal Mecánica, etc.

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Figura 2.11 Colector de Humo y Polvo.

“DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL”

35

CAPÍTULO 3.

3.1 LOCALIZACIÓN Y UBICACIÓN. La planta de Hornos y Sistemas Industriales AYRVEN, se encuentra ubicada en Av. de las Granjas Mz. I lote 1, Col. Granjas Familiares Acolman, Edo. DeMéx. C.P.55885, en la figura 3.1 se muestra un croquis de localización.

Figura 3.1 Croquis de Localización de la Empresa AYRVEN.

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La línea de pintura marca AYRVEN se encuentra ubicada dentro de la planta localizada en Acolman, Edo. De México. A continuación se mostrara la ubicación dentro de la Figura 3.2.

Figura 3.2 Layout de la distribución actual de la línea de pintura.

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3.2 DTI DE LA LINEA DE PINTURA DE LA EMPRESA AYRVE.

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3.3 DESCRIPCIÓN DE OPERACIÓN. El proceso de pintura electrostática comienza cuando la pieza pasa a ser colgada por pate de dos operarios en el sistema de tracción, que básicamente consta de un moto-reductor que mueve una cadena aérea por un circuito cerrado y que viaja a una velocidad de 1(m/min). Cuando la pieza comienza el trayecto pasa por el túnel de limpieza, en el cual se realiza el tratamiento de superficies en el metal, con el fin de prevenir la oxidación en el mismo, como se observa en la figura 3.3

Figura 3.3 Aplicación del desengrase en el túnel de lavado.

Este proceso cuenta con 5 áreas en el túnel de limpieza, distribuidas así:

Desengrase.

Enjuague 1.

Fosfato de Zinc.

Enjuague 2.

Sello Orgánico.

Cuando la pieza sale del tratamiento de superficies, queda con una capa de fosfato, la cual será la protección del metal para evitar la corrosión. Posteriormente la pieza entra al horno de secado (figura 3.4), el cual se encuentra a una temperatura superior a los 120ºC esto es con el fin de lograr evaporar la mayor cantidad de agua que acarrea la pieza. Dicho horno cuenta con 2 cortinas

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de aire; uno a la entrada y otro en la salida, además de un ventilador de extracción para recircular el gas.

Figura 3.4 Piezas en el interior del horno de secado.

Después continúa la pieza hasta llegar a la cabina de pintura electrostática, en la cual se encuentran los equipos encargados de aplicar la pintura sobre la superficie de la pieza. Para este efecto se tiene una cabina AYRVEN (figura 3.5) de última tecnología, con equipos de aplicación de pintura AYRVEN. Es en este proceso que la pintura se carga magnéticamente por medio de los equipos de aplicación, y por el polo a tierra transmitido desde el sistema de tracción a la pieza que la pintura se pega de la pieza.

Figura 3.5 Equipo de aplicación de pintura electrostática y cabina de despresurización

marca AYRVEN.

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Esto garantiza un espesor de pintura homogénea para toda la superficie de la pieza. Los encargados de realizar el proceso de aplicación son dos operarios calificados, cada uno ubicado a cada lado de la cabina de pintura para poder pintar ambos lados de la pieza y este proceso tiene un tiempo de duración aproximadamente de 2 minutos por pieza como se observa en la figura 3.6.

Figura 3.6 Aplicación de la pintura en polvo.

Inmediatamente sale de la cabina de pintura entra al horno de curado a gas (figura 3.7) por convección forzada continua, en el cual comienza un proceso lento de calentamiento de la pieza, la cual le transmitirá el calor a la pintura por el proceso de conducción de temperatura. La longitud del horno es de 10 metros, por lo que la pieza se demora aproximadamente 8 minutos en salir del mismo ya con la pintura curada.

Figura 3.7 Interior del Horno de Curado.

En este tiempo en el cual la pieza pasa por el horno de curado se deben garantizar los tiempos y la temperatura estipulada por el fabricante de la pintura para cumplir con todas las características técnicas y de desempeño de la misma.

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Finalmente las piezas son bajadas (figura 3.8) del sistema de tracción para ser llevadas a los diferentes departamentos de la compañía para su ensamble y distribución.

Figura 3.8 Desmontaje de piezas del Transportador.

3.4 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO.

Enganche de piezas

Desenganche de piezas

Secado

Lim

pie

za y

desen

gra

se

Horn

o d

e

cura

do

Aplicación de pintura

Figura 3.9 Proceso de la línea de pintura.

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3.5 OPERACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO ACTUAL.

3.5.1 Características del control. Tablero eléctrico integrado con PLC y PANEL VIEW el cual nos permite el control del proceso automatizado o manual en el sistema de pintura, realizando las funciones de comando, medición, protección, graficas, velocidad, tiempo, alarmas, monitoreo en tiempo real de las etapas que integran el sistema:

Túnel de lavado.

Horno de curado.

Horno de secado.

Caseta de pintura.

Transportador.

3.5.2 Operación. Selección de la pantalla MENÚ PRINCIPAL, tocando la sección que desea controlar (túnel de lavado, horno de secado, horno de curado, transportador, caseta de pintura). Figura 3.10.

Figura 3.10 Muestra la pantalla principal del proceso.

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El encendido automático es por secciones según la pantalla que se encuentre seleccionada. El encendido y apagado de los componentes también puede realizarse de manera independiente y podrá seleccionar que quemadores operan y que quemadores no, si así fuera el caso. Siempre y cuando se cumpla con las medidas de seguridad y permisivos que el programa requiera, únicamente cuando exista una falla en el tren de válvulas de gas o de aire se apagara el quemador.

3.5.3 Horno de curado.

3.5.3.1 Arranque automático.

El botón de ARRANQUE del menú horno de curado, las letras de los botones se encuentran de color rojo indicando que está apagado cada elemento, cuando cambien al color verde indica que está activado. El arranque automático se realiza con la siguiente secuencia (figura 3.11):

Recirculador de aire de combustión del horno.

Motor-turbo del quemador.

Verificara que los permisivos y límites de seguridad sean correctos:

• Presión de gas. • Flujo de aire del ventilador de combustión. • Flujo de aire turbo-quemador.

Arranca el quemador del horno de curado.

Arranca cortina de aire.

3.5.3.2 Paro automático.

El mismo botón de ARRANQUE es para el paro, una vez que haya cambiado la leyenda del botón a PARO.

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Figura 3.11 Muestra la selección del control del horno de curado.

3.5.3.3 Arranque y paro manual.

Para realizar el arranque en forma manual se oprime el botón de cada elemento realizando la siguiente secuencia y esperando mínimo 5 segundos entre cada dispositivo:

Recirculador de aire.

Motor turbo-quemador.

Encendido quemador.

Cortina de aire.

3.5.3.4 Paro.

Se realiza con la siguiente secuencia:

Apague el quemador.

Cortina de aire.

Motor turbo-quemador.

3.5.3.5 Set-point.

La pantalla cambiara presionando el botón del set-point (figura 3.12), pulse el número que indica la temperatura actual en el set-point, aparecerá un teclado numérico donde ingresara la nueva temperatura deseada, una vez indicada pulse enter y la pantalla regresara a set-point, y podrá seleccionar si regresa al menú principal o la sección anterior.

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Figura 3. 12 Pantalla del set-point para indicar la temperatura deseada.

3.5.3.6 Fallas.

Si se presentara alguna falla en la línea, sonara una chicharra de alerta. Pantalla de posibles fallas como se observa en la figura 3.13.

Figura 3.13 Muestra las posibles fallas del sistema.

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3.5.4 Túnel de lavado.

3.5.4.1 Arranque automático.

El botón de ARRANQUE del menú túnel de lavado, las letras de los botones se encuentran de color rojo indicando que está apagado cada elemento, cuando cambien al color verde indica que está activado. El arranque automático se realiza con la siguiente secuencia:

Bomba 1.

Bomba2.

Bomba3

Motor turbo-quemador.

Encendido de quemador.

3.5.4.2 Paro automático.

El mismo botón de ARRANQUE es para el paro una vez que haya cambiado la leyenda del botón a PARO (figura 3.14).

Figura 3.14 Pantalla de arranque y paro del túnel de lavado.

Si se desea cambiar la temperatura de la tina pulse el botón de SET-POINT (figura 3.15), la pantalla cambiara. Oprimiendo el número que indica la temperatura que tiene actualmente el set-point, aparecerá un teclado numérico donde indicara la nueva temperatura deseada, una vez indicada pulse enter y la pantalla regresara a setpoint, y podrá seleccionar si regresas al menú principal o la sección anterior. Si surgiera alguna falla en la línea, sonara una chicharra de alerta. Pulse el botón de

47

FALLAS, aparecerá el elemento que fallo en color rojo, para silenciar la chicharra pulsa el botón de MUTE y corrija la falla.

Figura 3.15 Set-point del túnel de lavado.

3.5.5 Horno de secado.

3.5.5.1 Arranque automático.

El botón de ARRANQUE del menú horno de secado (figura 3.16), las letras de los botones se encuentran de color rojo indicando que está apagado cada elemento, cuando cambien al color verde indica que está activado. El arranque automático se realiza con la siguiente secuencia:

Motor-recirculador de aire de combustión del horno.

Motor-turbo del quemador.

Verificara que los permisivos y límites de seguridad sean correctos:

• Presión de gas. • Flujo de aire del ventilador de combustión. • Flujo de aire turbo-quemador.

Quemador del horno.

Cortinas de aire.

3.5.5.2 Paro automático.

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El mismo botón de ARRANQUE es para el paro, una vez que haya cambiado la leyenda del botón a PARO.

Figura 3.16 Muestra la pantalla del arranque y paro del horno de secado.

3.5.5.3 Arranque y paro manual.

Para realizar el arranque en forma manual toque el botón de cada elemento realizando la siguiente secuencia y esperando mínimo 5 segundos entre cada dispositivo:

Recirculador de aire.

Motor turbo-quemador.

Encendido quemador.

Cortina de aire1.

Cortina de aire2.

3.5.5.4 Paro.

Se realiza con la siguiente secuencia:

Apague el quemador.

Cortinas de aire.

Motor turbo-quemador.

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Figura 3.17 Muestra la pantalla para la selección manual del encendido de los diferentes

elementos del horno de secado.

3.5.5.5 Set point.

Si se desea cambiar la temperatura del horno, pulse el botón de SET-POINT (figura 3.18), la pantalla cambiara, toque el número que indica la temperatura que tiene actualmente el set-point, aparecerá un teclado numérico donde indicara la nueva temperatura deseada, una vez indicada pulse enter y la pantalla regresara a setpoint, podrá seleccionar si regresa al menú principal o la sección anterior.

Figura 3.18 Pantalla del set-point para ingresar la temperatura deseada.

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3.5.6 Cabina de pintura.

3.5.6.1 Arranque automático.

Presione el botón de ARRANQUE del menú de CASETA DE PINTURA, se realizara la siguiente secuencia de encendido (figura 3.19):

Extractor de polvo.

Iluminación.

Presurizado.

Sistema de auto limpieza.

Figura 3.19 Esta pantalla muestra las diferentes secciones del área de pintura para su

arranque o paro.

3.5.6.2 Paro automático.

El mismo botón de ARRANQUE es para el paro, una vez que haya cambiado la leyenda del botón a PARO.

3.5.6.3 Arranque y paro manual.

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Figura 3.20 Muestra el arranque y paro automático por datos ingresados por el set-point.

Para realizar el arranque en forma manual toque el botón de cada elemento realizando la siguiente secuencia y esperando mínimo 5 segundos entre cada dispositivo:

Extractor de aire.

Presurizado.

Iluminación.

Auto limpieza.

El color de la letra en cada botón indica el funcionamiento (rojo-desactivado, verde-activado). Si desea cambiar el tiempo de secuencia de auto limpieza toque el botón SET POINT (figura 3.21). Pulse el número que indica el tiempo que tiene actualmente, aparecerá un teclado numérico donde indicara el nuevo tiempo deseado, una vez indicado pulse enter y la pantalla regresara a set-point, y podrá seleccionar si regresa al menú principal o la sección anterior.

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Figura 3.21 Pantalla que muestra el arranque y paro manual del área de pintura.

3.5.6.4 Transportador.

La pantalla (figura 3.22) tiene dos botones, arranque y reversa, solo puede estar activado uno solo a la vez.

Figura 3.22 Pantalla de arranque o reversa manual del transportador.

Si desea cambiar la velocidad del transportador en arranque, pulse el botón de SET-POINT.

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3.6 DESCRIPCIÓN ACTUAL DE PROCESO DE SECADO. Actualmente el proceso esta automatizado casi en su totalidad, una de las etapas donde se ha presentado problemas a la hora de realizarle pruebas de calidad a las piezas pintadas fue en la etapa del secado (figura 3.23). El horno de secado trabaja con un quemador y dos cortinas de aire lo cual hace que en su interior se genere una temperatura superior a los 120º C, esto se realiza por medio de un flujo turbulento dentro del horno.

Figura 3.23 En esta figura se observa la separación del túnel de enjuague y el horno de

secado.

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Figura 3.24 Quemador del Horno de secado.

En la figura 3.24 se observa el dispositivo con el cual cuenta actualmente la línea de pintura para la etapa de secado. Este dispositivo tiene como fin generar calor y con esto elevar la temperatura del horno para lograr retirar los restos de agua de la pieza.

55

Figura 3.25 Interior del horno de secado con el quemador en funcionamiento.

56

En el interior del horno de secado (figura 3.25) pasan las piezas metálicas después de haber sido sometidas a una limpieza, en dicha limpieza se aplican fosfatos y selladores así como también un enjuague con agua tratada al final del ciclo de lavado. Por lo que al salir del túnel de secado las piezas acarrean agua ya que estas piezas presentan dobleces a 90º. Al entrar al horno de secado se pretendía retirar el líquido al 100% por medio de la evaporación, esta se lograba elevando la temperatura del horno. Debido a que el horno no está muy extenso el tiempo al que se sometían al calor las piezas era poco y no se lograba quitar el exceso de humedad, como se observa en la siguiente figura 3.26.

Figura 3.26 Vista lateral del horno de secado (dimensión).

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3.7 PRUEBAS DE LA ELIMINACIÓN DEL LÍQUIDO EN LAS PIEZAS METALICAS.

Al presentarse constantemente en casi todas las puesta en marcha de la línea de pintura para la producción, la empresa tomo la decisión de ubicar un trabajador en el espacio que hay entre la salida del túnel de lavado y a la entrada del horno de secado con el fin de quitar la mayor cantidad de agua posible por medio de un dispositivo independiente a la línea de pintura, este dispositivo contaba con un compresor y una manguera con el fin de soplar aire sobre las piezas. (Figura 3.27).

Figura 3.27 Ubicación del personal para realizar la tarea de eliminación del líquido.

Esta práctica trajo más problemas para la producción, los cuales se mencionan a continuación:

Paro constante en el tren de transporte.

Aumento de fallas en el control de calidad.

Riesgo al operador de dicha tarea.

Aumento de tiempo para la producción total.

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Aumento en nómina.

Éstos son los problemas consecuentes después de haber implementado dicha solución, por lo cual se optó a buscar otra solución. Por lo que se decidió la construcción de un mecanismo electro neumático el cual fuera compacto y eficiente en la etapa del secado y con esto se resolverán los problemas citados anteriormente.

“DESCIPCIÓN DEL PROCESO AUTOMATIZADO”

59

CAPÍTULO 4.

4.1 DISEÑO DEL MECANISMO Para diseñar este mecanismo se tomó en cuenta todos los puntos de la problemática que había anteriormente para llevar a cabo dicho proceso. Uno de los principales problemas era el control de calidad del producto final, a la hora de realizar las pruebas, las piezas salían con defectos de pintura por causa de humedad. Esto se debía a que a que en la etapa del secado no se alcanzaba a evaporar todo el líquido que la pieza acarreaba. Por lo tanto la empresa tenía pérdidas en su producción ya que tenía que volver a repetir el mismo proceso en las que habían salido mal. La empresa tomo en práctica métodos que no fueron los correctos, para tratar de resolver dicha problemática, además de no resolver su problema existente se provocaron más problemas como el de tener que contratar más personal, aumentar la nómina, disminuir la calidad de producción, perdidas de producto (sellador), y además no habían condiciones óptimas para que el operario realizara la tarea del secado. Con todo esto se tomó la decisión de colocar un mecanismo electro neumático a la salida del túnel de limpieza para conseguir retirar la mayor cantidad del líquido posible y para que este líquido no fuera desperdiciado recircularlo a la tina de fosfato. Inmediatamente la pieza entrara al horno de secado con una mínima cantidad del líquido y este será retirado por calor a una temperatura de 80º. A continuación se muestra (figura 4.1) y describe el diseño del dispositivo en solidworks y sus componentes:

60

Figura 4.1 Diseño del mecanismo en SolidWorks.

Se decidió hacer el diseño del dispositivo gráficamente (figura 4.2) ya que no hubo mucho tiempo para la implementación del mismo en el proceso, porque la línea de pintado industrial AYRVEN en ese momento se estaba trabajando, y no había el tiempo y la disponibilidad de la empresa y mucho menos, el paro del mismo proceso, a lo que nos orilló a diseñar el mecanismo electro neumático que va retirar el agua de las piezas metálicas que se vallan a pintar, por lo cual se decidió hacerlo esquemáticamente y se dieran una idea los lectores de cómo sería el dispositivo. A continuación se muestran las dimensiones y descripciones de las piezas:

Tina

Compresor

Manguera que

succiona agua y

dispersa Aire de

las Piezas Metalicas

Vástago del Pistón

61

Figura 4.2 Mecanismo en SolidWorks.

En este mecanismo las mangueras son flexibles físicamente, eso quiere decir que se pueden manipular hacia donde uno quiera, la base que sostiene al pistón y al cuerpo del dispositivo va montada en una de las caras laterales dentro del túnel de secado, todos los tornillos que se utilizan para poner en una posición al sujetador del pistón van atornillados a presión para que quede estático el dispositivo. A continuación se muestran las piezas que componen a nuestro mecanismo y sus dimensiones, las dimensiones están expresadas en mm (Milímetros):

Mangueras flexibles

Pistón de Simple efecto

Manguera que viene del

compresor

Base empotrada en

el túnel de secado

Tablero

Base que sujeta el cuerpo que

sostiene al pistón

62

Figura 4.3 Vista frontal e inferior de la "base total".

Figura 4.4 Vista superior y posterior de "Base Manipulador".

Figura 4.5 Vista frontal e inferior "Sujetador de base pieza".

63

Figura 4.6 Vista frontal de barras "laterales primarias".

Figura 4.7 Vista de "Pieza sujeta Pistón".

Figura 4.8 Vista frontal y derecha de "Tubo soporte pistón".

64

Figura 4.9 Vista frontal de "Tapas Pistón".

Figura 4.10 Vista frontal y derecha "Carcasa Pistón".

Figura 4.11 Vista del "Vástago del Pistón".

65

Figura 4.12 Vista posterior "Tablero".

Figura 4.13 Diseño de la válvula de "Succión y Dispersión" de Aire en SolidWorks.

Esta válvula (figura 4.13) se tuvo que hacer en Solidworks ya que el diseño de esta pieza físicamente, no lo pudimos obtener por que la empresa AYRVEN se hizo propietaria de ella, por eso se hubo la necesidad de representarla gráficamente, ya que más adelante se verán imágenes físicas de cuerpo de esta válvula en la implementación del mecanismo.

PLC+HMI Unitronics Visión 570

Válvula de succión y

Dispersión

Electro Válvula 5/3

Válvula Anti retorno

Electro Válvulas 3/2

Manguera que va a la tina

Manguera que va al vástago

del pistón

Manguera que va al Pistón

Manguera que viene del

compresor

Selector

Botones de Arranque y

Paro

66

Figura 4.14 Vista izquierda y frontal de la válvula de "Succión y Dispersión" de aire.

Figura 4.15 Funcionamiento 1 "Válvula de Succión y Dispersión" de aire.

Cuando trabaja de esta forma la válvula (figura 4.15) succiona el agua que hay acumulada en las piezas metálicas y la redirige a la tina, esto ocurre cuando salen del túnel de lavado.

Viene aire de la válvula 5/3, su funcionamiento

succionar

Cámara generadora de

vacío

Conducto que viene de la

manguera del vástago del

pistón, succiona el agua para

dirigirla a la tina.

67

Figura 4.16 Funcionamiento 2 "Válvula de Succión y Dispersión" de aire.

Cuando trabaja de esta forma (figura 4.13) la válvula expulsa o dispersa aire hacia las piezas metálicas que salen del túnel de enjuague o lavado.

4.2SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES Los componentes que se utilizaron para este mecanismo electro neumático fueron los siguientes:

4.2.1 Cilindro neumático redondo, marca FESTO modelo ENSU, de simple efecto con recuperación por muelle, escape sin conexión. Se decidió ocupar este cilindro (figura 4.19) porque en su vástago tendrá una modificación, la cuan llevara sujetada una manguera en la mera punta, esto es para que cuando se active salga su vástago y alcance a llegar hasta donde se queda acumulada el agua en las piezas metálicas y así cumplir una función ya predeterminada del PLC, las características que tiene y además por las ventajas que ofrece a la hora de la instalación. El cilindro no requiere ninguna regulación de la amortiguación. Esto reduce el tiempo de instalación y facilita el montaje. Precisamente para los fabricantes de equipos originales representa una alternativa muy interesante que permite reducir los tiempos de proceso. El cilindro no requiere ninguna regulación dela amortiguación. Esto reduce el tiempo de instalación y facilita el montaje. Precisamente para los fabricantes de

Dispersa Aire hacia las piezas

metalicas

Viene aire de la válvula 5/3

68

equipos originales representa una alternativa muy interesante que permite reducir los tiempos de proceso. Algunas de sus características son:

Cilindro redondo con émbolo de diámetro desde 32 hasta 63 mm

Los componentes de esta serie no se pueden reparar

Vástago y camisa del cilindro de acero inoxidable

Las culatas están unidas a la camisa por mediode un re bordoneado

Gran rendimiento y duración gracias a la superficie lisa ydura de la camisa

del cilindro.

Elección entre tres variantes de amortiguador:

Amortiguación P, Amortiguación PPV y

Amortiguación PPS

Camisa del cilindro de acero inoxidable

Culata delantera y trasera de aleación de forja de aluminio

Figura 4.17 Dimensiones del cilindro de simple efecto.

Figura 4.18 Símbolo de cilindro neumático redondo de simple efecto.

69

Figura 4.19 Cilindro neumático redondo de simple efecto (modelo DSNU).

Tabla 4.1 Características del cilindro de Simple efecto.

70

4.2.2 Electroválvula FESTO 5/3 vías, con centro cerrado, accionada mediante solenoide, biestable, con retorno por muelle por ambos lados. Se seleccionó esta válvula (figura 4.21), porque es el más importante componente de nuestro mecanismo automatizado, ya que este dispositivo nos da a elegir en qué posición queremos que este, si la dejamos en la posición de en medio, que es en la que natural mente esta sin que se energicen las solenoides de ambos extremos, nos daremos cuenta que no dejara pasar flujo de aire, que eso sería en otras palabras la obstrucción de nuestro flujo de aire hacia nuestro mecanismo. Por otra parte, si activamos cualquiera de los dos solenoides, ara una función ya determinada, que esa acción será enviada desde nuestro programa en el PLC, cuando se activa una solenoide actúa como succión nuestro dispositivo y cuando se activa otra solenoide actúa como dispersión de aire. Las características de esta electroválvula son:

Figura 4.20 Símbolo de Electroválvula FESTO 5/3 vías".

Figura 4.21 Electroválvula FESTO 5/3 vías (modelo NAMUR).

4 2

5

1

3

71

Tabla 4.2 Características de la Electroválvula 5/3.

72

4.2.3 Electroválvula FESTO 5/2 vías, accionada mediante solenoide, monoestable, con retorno por muelle. Se seleccionamos este tipo de electro válvula (figura 4.23), porque se va emplear en nuestro dispositivo electro neumático, por el cual vamos a ocupar 2 de estas mismas, una va ser para activar el pistón y la otra para dejar verter el líquido hacia la tina a la hora que succione, y cuando cambiemos en nuestro programa del PLC a dispersión de aire, cerrara esta misma, el paso hacia la tina, por eso es que se ocupa este tipo de electro válvula, ya que con eso quedara automatiza neumáticamente nuestro mecanismo de que se escoja el tipo de función que se desea realizar. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de

una bobina solenoide. La electroválvula tiene dos partes fundamentales: el

solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula.Sus características son:

Figura 4.22 Símbolo de la Electroválvula FESTO 5/2 vías.

Figura 4.23 Electroválvula FESTO 5/2 vías (modelo MFH-5-1/8).

4 2

5

1

3

73

Tabla 4.3 Características de la Electroválvula 5/2.

Característica Valores

Función de válvula Monoestable

Tipo de accionamiento Eléctrico

Caudal nominal 750 l/min

Presión de trabajo 2-10 bar

Estructura del diseño Cabezal de asiento

Tipo de reajuste Resorte mecánico

Diámetro nominal 5 mm

Accionamiento manual Enclavado Empujar cubierto

Tipo de pilotaje Pilotado

El aire de pilotaje interno Interno

Dirección del caudal no reversible

Tiempo de conmutación 30 ms

Tiempo de conexión 0 ms

Fluido de trabajo aire comprimido filtrado, grado de filtración de 40 micras, con o sin lubricación

Temperatura del medio -10 - 60 ° C

Temperatura ambiente -5 A 40 ° C

Peso del producto 220 g

Conexión eléctrica Vía de la bobina F, debe pedirse por separado

Tipo de montaje Opcional con agujero pasante en el colector PR

Lumbrera de escape piloto M5

Conexión neumática, puerto 1 G1 / 8

Conexión neumática, puerto 2 G1 / 8

Conexión neumática, puerto 3 G1 / 8

Conexión neumática, puerto 4 G1 / 8

Conexión neumática, puerto 5 G1 / 8

4.2.4 Sensor de control retro polarizado. Se seleccionó este componente (figura 4.24) para la detección de las piezas metálicas, ya que al detectar una pieza este foto interruptor manda una señal digital a nuestro PLC Unitronics (modelo Vision 570), al leerla ejecuta el programa interno en su memoria, a su vez en su salida manda activar o a desactivar un dispositivo, en su caso las electroválvulas 5/3 o 3/2. Los sensores fotoeléctricos serie 6000 proporcionan detección de uso general fiables en un paquete compacto. Este sensor cuenta con un solo indicador de salida rojo. El haz transmitido fuente de luz tiene un indicador de energía rojo, este sensor tiene un potenciómetro de ajuste de cuatro veces el embrague-protegido. Este se puede suministrar con (9.8 pies) de cuatro o cinco cable PVC conductor 3m o con un DC 4 pines o AC-estilo micro al desconectar el extremo de un cable de longitud 300 mm (12 pulgadas) rápida. Los cables de desconexión rápida de acoplamiento CC y AC de tipo micro están disponibles. Este sensor de CC de bajo voltaje tiene dos salidas NPN y PNP flotantes. Respuesta típica es de 1 ms, y único difuso de alta velocidad y de fibra de alta velocidad el tiempo de respuesta rápido.

74

Dos versiones de AC / DC están disponibles. 20-132V sensores AC / DC ofrece una única salida MOSFET de energía 300mA. 20-264V sensores AC / DC ofrece una única salida MOSFET de energía 150mA. Operador con luz u operador oscuro se selecciona por número de catálogo para todos los sensores de la serie 6000. Un soporte de montaje con inclinación / giro personalizado está disponible para la serie 6000. Este soporte permite que el sensor tenga 10 inclinaciones en cualquier dirección y 360º de giro. Además, tres soportes de acero en ángulo recto diferentes de montaje disponibles. Ver imagen

Figura 4.24 Sensor de control retro polarizado foto interruptor Allen Bradley 42SRU-6204.

Algunas de sus características son:

Paquete cilíndrico compacto. Amplia selección de modos de detección. Modelos de tensión de alimentación universal. Ambas salidas NPN o PNP (DC). Tiempo de respuesta rápido. Variedad de tipos de conexión.

Tabla 4.4 Especificaciones generales del sensor de control Allen Bradley 42SRU-6204.

Fuente de luz Consulte la Guía de selección

Unidad de Protección Reversa de la polaridad, False Pulso

Tensión de alimentación 10-30V DC, 20-132V AC / DC, 20-264V AC / DC

Consumo de corriente Máxima 35 mA

Tipo de salida Tanto NPN y PNP (CC); MOSFET (CA / CC)

Modo de salida Tanto NPN y PNP (CC); MOSFET (CA / CC)

Clasificación de salida Operan claro u oscuro según el modelo

Tiempo de respuesta Consulte la Guía de selección

Material del alojamiento Noryl

Material de la lente Acrílico

Indicadores LED Consulte Interfaz de usuario en la página 1-160

Tipos de conexión 3m cable de 300 V, 4-pin conector Micro de CC de 4 pines AC micro QD

Accesorios suministrados Kit de montaje # 129-106-1 y 129-106-2

Accesorios opcionales Soportes de montaje, reflectores, conjuntos de

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cables

Entorno de funcionamiento

NEMA 3, 4X, 6, 12, 13 (IP67)

Vibración 10-55Hz, 1 mm de amplitud, satisface o supera la norma IEC 60947-5-2

Choque 30 g con duración de pulso de 1 ms, satisface o supera la norma IEC 60947-5-2

Temperatura de funcionamiento

-40 ºC Hasta +56 ºC (40 ºF-a 150 ºF)

Humedad Relativa 95% máximo

Aprobaciones UL, aprobación CSA, y marca CE para todas las directivas aplicables

4.2.5 Válvula anti retorno Chek FESTO. Se Seleccionó este tipo de válvula (figura 4.26) para la obstrucción del flujo líquido y de aire hacia el cuerpo de la electro válvula 5/3, esta válvula nos facilita el direccionamiento del aire por que conducto queremos que se valla, por eso es que empleamos esta válvula. Sus características son:

Figura 4.25 Símbolo de la válvula anti retorno FESTO.

76

Figura 4.26 Válvula anti retorno FESTO (modelo CA).

Tabla 4.5 Características de la Válvula anti retorno masca FESTO.

Conexión neumática G1/8 hasta R1/2

Caudal nominal normal 1-2 (6-5) 1.000….. 5.900 l/min

Presión de funcionamiento -1…. 12 bar

Descripción Funcionamiento de la válvula: función anti retorno. Atornilla miento o montaje en línea. Con rosca en ambos lados, conexión enchufable en ambos lados. Rosca/ conexión enchufable.

Temperatura ambiente -20 ºC a + 80 ºC

Cuerpo aluminio

Junta tórica Goma nitrilica

4.2.6 Interruptor de final de carrera Allen-Bradley. Se seleccionó este componente (figura 4.28) para que cuando salga todo el vástago del pistón, accione el fin de carrera y mande activar una de las posiciones de la válvula 5/2, ya sea succione o disperse aire, esto nos permite el control del flujo de aire para que no se malgaste el aire que viene del compreso. Sus características son:

Figura 4.27 Símbolo del Interruptor de final de carrera.

77

Figura 4.28 Interruptor de final de carrera Allen-Bradley (modelo 802B).

Tabla 4.6 Características de Interruptor de final de carrera Allen-Bradley (modelo 802B).

Características Bajos puntos de disparo y restablecimiento de detección más precisa • Entrada de canaleta de 1/2 pulg. • Versiones con protector • Montaje en brida y lateral disponibles

Clasificación de los contactos Nema A300

Clasificación de la temperatura –10° a 80 °C (14° a 176 °F)

Tipos de accionador Superior pulsable • Rodillo superior pulsable • Rodillo cruzado superior pulsable • Palanca con rodillo • Rodillo unidireccional

Clasificación del envolvente Precisión: NEMA 1, 3, 4, IP60 y IP65 Pequeño de precisión: NEMA 1, 3, 4, 6, 13 y IP67

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4.2.7 Control Lógico Programable (PLC) Unitronics V570. Se Seleccionó este dispositivo (figura 4.29) porque es con el que la empresa AYRVEN cuenta actualmente en su línea de pintura industrial, y a este dispositivo se le va agregar otras líneas en su diagrama de escalera, ósea en su código o programa, así nos facilita a la hora de seleccionar un PLC, ya que este PLC su entorno gráfico y programable es muy amigable por el cual se describe más abajo las líneas de código que se agregaron, y como se maneja el entorno de programación en el PLC, también este PLC tiene incluido el HMI (interfaz Hombre Maquina), el cual se describirá más adelante detalladamente.

Figura 4.29 PLC Unitronics Modelo Vision 570.

El Vision570 es un potente PLC con un built-in HMI Panel de operador, que incluye una pantalla táctil en color de 5,7".A bordo de E / S se pueden añadir simplemente romperse un módulo en la parte posterior del PLC; Snap-in I / O, los módulos vienen en varias configuraciones. Los módulos de ampliación de Entradas permiten integrar hasta 1000 E / S por Vision PLC. El Visión 570 ofrece una amplia gama de funciones integradas tales como múltiples lazos PID auto sintonía y tabla de datos 120K interno para el registro de datos y la programación de recetas. Las opciones de comunicación incluyen TCP / IP Ethernet, GSM / SMS, MODBUS y trabajo en red CAN open y acceso remoto para la adquisición de datos y descarga de programas.2 MB de memoria de las aplicaciones de código Ladder (más 12 MB para imágenes y 1 MB para fuentes) permiten la Vision 570 para ejecutar el control complejo y las tareas de automatización.

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Los 16 bits de color con pantalla táctil HMI permiten la visualización de las instrucciones operador codificado por color y el rojo, pantallas de alarma que llaman la atención. También puede mostrar gráficos de acuerdo a los valores históricos-para reflejar las tendencias de los datos registrados.Mostrar opciones son casi infinitas, con más de 1.024 pantallas diseñadas por el usuario, y un máximo de 500 imágenes por aplicación. La serie Visión PLC / HMI gráfico presenta una relación calidad-precio inmejorable, lo que permite a los usuarios disfrutar de las funciones avanzadas, tanto del panel del operador y el PLC, mientras se mantiene bajo presupuesto, reduce el tiempo de programación y cableado mínimo.

4.2.7.1 ESPECIFICACIONES.

4.2.7.1.1.- PLC (Controlador Lógico Programable).

I / O opciones: a través de módulos integrados y expansión.

Tipos de E / S: Digital (incluyendo las entradas del codificador de eje y

salidas PWM), Analog, y medición de la temperatura.

Lógica de Aplicación: 2MB; Fuentes: 1MB; Imágenes: 6 MB.

Tiempo de ciclo: 9μsec por 1K de aplicación típica.

Hasta 20 incorporado lazos PID, incluyendo auto-tune.

Programas receta y registro de datos a través de tablas de datos.

4.2.7.1.2.- HMI (Interface Hombre-Máquina).

5.7 "Pantalla táctil de 256 colores, pantalla TFT QVGA (o CSTN).

Mostrar imágenes "tangibles", texto y gráficos de acuerdo a las condiciones

en tiempo real y los valores históricos.

Propiedades 'Touch' se pueden asignar a todos los elementos de la pantalla

de texto y gráficos.

Los datos de entrada / modificación a través del teclado.

Hasta 1024 pantallas diseñadas por el usuario y 500 imágenes por

aplicación.

255 variables por pantalla; unen hasta 150 imágenes / mensajes para cada

variable.

LCD iluminada pantalla.

Biblioteca de imágenes que contiene cientos de imágenes.

Teclado Virtual.

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Modo de información: ver / modificar el estado de E / S, los valores enteros,

y el sistema de datos a través del panel de.

4.2.7.1.3.- Comunicaciones.

Dos puertos RS232/RS485 aisladas.

Ethernet a través de TCP / IP (opcional).

Soporte GSM / SMS.

Acceso remoto para la adquisición de datos y descarga de programas

Modbus (maestro / esclavo).

CAN bus y UniCAN.

Servidor OPC / DDE.

Protocolos de comunicación adicionales.

4.2.7.1.4.-Snap-in de E / S.

Controladores de la serie Vision se pueden instalar con un broche de presión en módulo de E / S. El complemento del módulo de E / S se encaja en la parte posterior de la Visión. Gama de módulos de E / S de Unitronics 'asegura configuraciones flexibles que se ajustan a los requisitos exactos de su sistema como se muestra en las figuras 4.30, 4.31.

Figura 4. 30 Modulo Snap-in de E/S del PLC Unitronics (Vista Lateral).

81

4.2.7.1.5.- V200-18-E5B.

18 pnp / npn entradas digitales, 24 V CC.(incluidos dos contadores de alta velocidad / encoder / Frecuencia eje medidor, 10 kHz). 4 aislados Analog/Thermocouple/PT100 insumos.(analógica: 14 bits, 0-10V, 0-20mA Thermocouple/PT100: 0.1 ° de resolución. 15 salidas PNP aisladas. 2 aislados pnp / npn salidas, 24 V CC.(incluyendo dos salidas de alta velocidad/PWM 50 kHz para npn / 0,5 kHz para pnp). 4 aislados pnp / npn salidas analógicas, 12 bits, 0-10V, 4-20mA.

Figura 4. 31 Modulo Snap-in de E/S del PLC Unitronics (Vista Inferior).

4.2.7.1.6.- Expansiones E / S.

Expandir su sistema con una amplia variedad de módulos de ampliación de entradas / I remotos o locales Unitronics ', un adaptador de expansión de E / S permite conectar varias combinaciones locales o remotos de E / S a PLCs de la serie Visión. Las M90/M91PLCs apoyan módulos locales sólo

4.2.7.1.7.- IO-LC1.

Tiene 8 entradas de termopar / analógica (T / C: J, K, T, B, E, N, R, S, 0,1 ° Resolución analógica de 12/14 bits, 0-10V, 0-20mA, 4-20mA), figura 4.32.

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Figura 4.32 Expansión Modelo IO-LC1.

4.2.7.1.8.- 10-D16A3-RO16.

Consiste en 12/24VDC (fuente de alimentación),3 celda de carga / deformación entradas Calibre. Rango de tensión: ± 20 mV, ± 80 mV, ejecución: AC / DC1 pnp entradas digitales, 2 salidas pnp de consigna,(* No es compatible con la línea M90), como se muestra en la figura 4.33

Figura 4.33 Expansión de PLC Modelo 10-D16A3-RO16.

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4.2.7.1.9.- EX –D16A3-RO8.

Consiste en 24VDC 16 PNP / NPN Entradas digitales, incluyendo 1 contador de alta velocidad3 entradas analógicas, 10 bits, 0-20mA, 4-20Ma 16 salidas de transistor pnp / npn, incluyendo 1 salida de alta velocidad Vista 3D, como se muestra en la figura 4.34.

Figura 4.34 Expansión de PLC Modelo EX –D16A3-RO8.

En la figura 4.35 se puede aprecia la expansión del PLC Unitronics modelo visión 570 ya física en forma serie con los módulos de expansión, que tienen incluidas E/S, modelo IO-LC1, 10-D16A3-RO16, EX –D16A3-RO8 estos se conectan en serie con el PLC,

Figura 4.35 Expansión física de E/S de PLC Unitronics Visión 570.

84

Tabla 4.7 Especificaciones del PLC UnitronicsVision 570.

4.2.7.2 Software Visilogic.

Este programa es con el cual ya contaba la empresa AYRVEN por lo cual nos dimos solo la tarea de agregar nuestro código de programación hacia su PLC, con su HMI integrado, posteriormente se hablara más delante de nuestro código, la comunicación que se utilizo fue la del protocolo TCP/IP para poder comunicarnos con su PLC Vision 570, y poder colocar nuestras líneas de código en el diagrama de escalera, el cable que se utilizo fue de Ethernet (RJ-45), cable cruzado como se muestra en la figura 4.36.

85

Figura 4.36 Cable Cruzado RJ-45, de Ethernet.

En este programa de Visilogic se utiliza para programar los PLC´s marca Unitronics y hacer el HMI, ya que algunos cuentan con display integrado, de los diferentes modelos que hay, en este caso Vison. Para descargar el programa Visilogic, se va uno a la página de Unitronics y le da en descargar visilogic, así mismo, nos dimos la tarea de poner a su disposición las referencias de los manuales para la configuración de este programa y su utilización ya que es muy extenso su entorno gráfico y nos llevaría mucho hablar del programa y explicarlo cada una de sus funciones y partes, por ello se puso los enlaces para que el lector pudiera descargarlos y estudiarlos para su mejor entendimiento, si es de su interés.

4.2.8 Tornillos y Tuercas. Los tornillos (figura 4.37) empleados para el dispositivo serán de cabeza hexagonal con rondana, algunos de 1 y 2 pulgadas de largo que serán los que unirán las piezas del mecanismo y otros como los que van en la base serán de 4 pulgadas, que esos irán agarrados al túnel de secado y serán los que soporten el peso del mecanismo, también serán más gruesos que los demás.

Figura 4.37 Tornillos y Tuercas.

86

4.3 IMPLEMENTACIÓN DEL MECANISMO A LA LÍNEA DE PINTURA

Al contar con todos los datos con los cuales se iban a utilizar para la elaboración del mecanismo se procedió a hacer la adaptación del mismo en la línea de pintura, para hacer la adaptación se observó y se tomó la decisión sobre cuál era el lugar adecuado para su colocación, también se determinó no colocar nada extra si no era necesario esto con el fin de no modificar la instalación de la línea e identificar y marcar cada una de las nuevas conexiones. La decisión sobre la colocación fue al final del túnel de limpieza esto es con la intención de no ocupar un espacio extra o tener que colocar algún soporte sobre el piso. Ver figura 4.38. Como podemos ver en estas imágenes, en ese tiempo no se había diseñado correctamente el mecanismo que sostendría al pistón en SolidWorks ya que no se contaba con el suficiente tiempo y material para realizar la correcta instalación del dispositivo en el túnel.

Figura 4.38 Muestra el antes y el después del túnel de lavado con el mecanismo colocado

sobre una de las paredes del mismo.

4.4 DIAGRAMAS DE CONEXIÓN Se realizaron los siguientes diagramas de conexión de cada uno de los dispositivos que ya se encontraban conectados y enlazados al PLC Unitronics Vision 570. De esta manera vimos cómo se iba a conectar nuestro sensor y la electroválvula que accionaba al pistón. En la siguiente figura 4.36, se muestra el diagrama de conexión del PLC actualmente, así mismo se nota que se contaba con entradas disponibles y que ya tenía un bloque de expansión modelo EX-A2X el cual aún contaba con entradas y

Antes Después

87

salidas disponibles y ahí se determinó utilizar la entrada “I0 y 11” para conectar el sensor de control, y en la salida “05,06,07” para las electroválvulas 5/3, 5/2 y 5/2 que esta última accionaria el disparo del pistón (figura 4.40). En la figura 4.41 se detallan las clemas de conexión con las cuales cuenta el tablero de control.

Figura 4. 39 Diagrama de conexión de los elementos de control de la línea de pintura

AYRVEN al PLC marca Unitronic’sVision 570.

88

Figura 4.40 Diagrama de conexión del módulo modelo EX-A2X de expansión de

entradas/salidas donde se conectaron nuestros elementos de control en la línea de pintura AYRVEN.

89

Figura 4.41 Clemas de conexión de la línea de pintura AYRVEN.

4.5 SIMULACION DEL MECANISMO ELECTRONEUMATICO EN FLUID-SIM.

Antes de colocar el mecanismo se realizaron pruebas del mismo para determinar que realmente cumpliera con los objetivos planteados al inicio del presente proyecto. Este mecanismo se simulo en Fluid-Sim (figura 4.42), con esto se observó el funcionamiento de los diferentes componentes que lo integran, por ejemplo aquí sustituyo el pistón de doble efecto porque en el programa de fluid-sim no existe una válvula de succión y dispersión de aire, por eso el pistón de doble efecto se utilizó como la válvula de succión y dispersión, y también para ver el comportamiento de la electroválvula (figura 4.44 y 4.45) 5/3, ya que esta electro válvula si activamos una de sus dos solenoides ara una función predeterminada en el PLC ya sea succionar o dispersar aire. Por lo tanto, el cilindro de simple efecto es el que se utiliza físicamente en el mecanismo, ya que este en su vástago lleva una modificación, el cual al activar la electroválvula (figura 4.43) 5/2, se empuja dentro de la cámara del pistón el vástago el cual tiene sujetado una manguera que es la que se acerca a las piezas metálicas y por medio de ella,hace

90

una de las dos funciones programadas por el PLC, que es succionar o dispersar aire, por eso es que se utiliza electro válvula 5/2, para la activación del cilindro de simple efecto. Esto nos ayuda a comprender como verdaderamente se van a comportar los componentes, por lo cual lo decidimos hacer de esta manera para su mejor entendimiento.

Figura 4.42 Etapa de las electroválvulas desactivadas.

Sirve como válvula de succión y

dispersión de aire. Es El que se

utiliza en el dispositivo

Físico

91

Figura 4.43 Etapa de la electro válvula 5/2 activada.

Figura 4. 44 Etapa de la electro válvula 5/3 activada del lado “A”.

Se activa el lado “A” de la

Electro válvula 5/3 esto nos indica que va succiona aire

Se activa esta electro válvula

5/2, la cual hará que salga el vástago del

pistón

92

Figura 4.45 Etapa de la electro válvula 5/3 activada del lado “B”.

4.6 ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA ESCALERA PARA EL CONTROL.

La línea de pintura ya contaba con una programación para el control, con esto se asumió que se tendría que acoplar un nuevo código sobre el ya existe y que este no modificara nada del proceso actual. De tal manera que el código escalera se realizó de manera independiente y al final solo se adaptó a la subrutina del arranque del horno de secado, figura 4.46, 4.47 y 4.48. En el actual programa de control, solo se trabajó en la subrutina del arranque del horno de secado. Lo que hacía el programa actual es encender el quemador para alcanzar la temperatura indicada por set-point, esta temperatura era medida con un termopar tipo J el cual mandaba una señal y posteriormente se linealizaba. Si el horno no contaba con la temperatura indicada verificaba si estaba encendido el recirculado de gases para encender el quemador, esto lo hace para evitar una posible explosión por la acumulación de gas. Además antes de encender la flama verificaba que las cortinas de aire se encontraran en funcionamiento para evitar la pérdida de energía, esto lo hace por medio de condicionantes. La parte del código escalera que será acoplada se muestra en la figura 4.46, este código hace que el pistón se active o desactive por medio de un sensor de presencia, el cual al

Se activa el lado “B” de la

Electro válvula 5/3 esto nos indica que va dispersar aire

93

detectar la pieza activara un contador (tiempo variable por set-point de acuerdo al tamaño de la pieza, figura 4.49 para accionar el pistón y este direccione la manguera hacia la pieza y con esto se absorberá el líquido para retirarlo de la pieza y posteriormente dirigirlo hacia el contenedor.

Figura 4. 46 Se muestra la primera parte del código escalera del programa de control actual para el encendido del horno de secado.

Figura 4.47 Se muestra la segunda parte del código escalera del programa de control actual

para el encendido del horno de secado.

Subrutina

Parte 1 del código escalera actual

Parte 2 del código escalera actual

94

Figura 4.48 Muestra el código escalera 1 parte, con el cual será automatizado el mecanismo

electro neumático.

Figura 4.49" 2 Parte del código de escalera del mecanismo electro neumático".

95

Figura 4.50 “HMI del programa para controlar el pistón”.

96

4.7 DIGRAMA DE BLOQUES DEL DISPOSITIVO ELECTRO NEUMATICO.

INICIO

¿Arranca el

Proceso?

¿Desea dispersar

Aire?

¿Desea succionar

Agua?

¿Detecta Pieza?

¿Detecta Pieza?

Activar Temporizador,

V3, V1 y V4

Activar Temporizador,

V3 y V2

SI

NOO

NOO

SI SI

NOO

NOO

NOO

SI SI

97

Este diagrama de flujo nos muestra o dice como operar nuestro dispositivo electro neumático. Empieza por el “inicio”, posteriormente pasa al bloque donde se hace una pregunta la cual dice “¿Arranca el Proceso?” si es “si” pasa a los siguiente 2 bloques, si es “no” regresa al inicio vuelve a preguntar “¿Arranca el proceso?”, esto se repetirá n veces hasta que se dé la opción de “si”, ya que pasa a la opción de “si”, pasa a otros dos bloques de los cuales solo se podrá elegir uno ya sea “Dispersar Aire” o “Succionar Agua” si se escoge “Dispersar aire” te vuelve a preguntar “Si” o “No” se “Desea dispersar Aire” si se escoge “no” nuevamente volverá para que escojas uno de los 2 bloques, cuando se pasa a la opción “si”, en el bloque de “Dispersar Aire” te vuelve a pregunta “Detecta Pieza” si es “si” que pase a la siguiente opción que es activar “Temporizador, V3 y V2” (se activa el lado B de la válvula 5/3 y se activa la válvula 5/2 que activa al pistón), y como es cíclico el proceso se repetirá n veces regresando al inicio, y dejara de ser cíclico hasta que se pare manualmente el proceso por completo. Cuando se seleccionó el bloque de “Succionar Agua” te da dos opciones que son “si” o “no” desea “Succionar Agua” si es “no” regresara y volverá para que se elegía nuevamente una de las dos opciones que es “Succionar agua” o “Dispersar Aire”, por otra parte cuando se pasa a la opción de “si” se pasa al siguiente bloque y te pregunta si “Detecta pieza” (esto es el “sensor”) si es no regresara y volverá a pregunta n veces hasta que se detecte la pieza, ya que detecto la pieza que es la opción de “si” pasa al siguiente bloque que es activar “Temporizador, V3, V1 y V4” (Se activa el lado A de la válvula 5/3, se activa la válvula del Pistón que es 5/2 y se activa también la válvula 5/2 que es la que deja que circule el líquido a la tina), como es un proceso cíclico se repetirá n veces regresando al inicio, y dejara de ser cíclico hasta que se pare manualmente el proceso por completo. Y así es como sigue la secuencia de operación de nuestro mecanismo electro neumático

4.8 RESULTADOS DEL SISTEMA IMPLEMENTADO. Las imágenes que se ven a continuación fueron pruebas que se realizaron en la línea de pintura de la empresa AYRVEN, se realizaron para ver cómo se comportaba el dispositivo y así poder sacar conclusiones, del sistema implementado. El mecanismo funciona de la siguiente manera el transportador llevara la pieza haciendo un recorrido por cada una de las etapas de la línea del proceso, este dispositivo comienza al final del túnel de lavado en cual se colocó un sensor de control donde al detectar una pieza (ver figura 4.50) se active un contador de tres segundos, este dato puede ser modificado por el operario.

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Figura 4.51 El sensor se encuentra activo con una luz roja indicando que no ha sensado

nada.

Al momento de cortar la señal del foto interruptor el contador es activado este hace accionar a la electroválvula la cual accionara el pistón y empezara el recorrido por la pieza con ayuda del transportador. (Ver figura 4.51, 4.52 y 4.53).

Figura 4.52 Inicialización del contador después de haber sido detectada la pieza.

99

Figura 4.53 Recorrido de la manguera para la absorción del líquido.

Figura 4.54 Se activa el pistón después de que termina el tiempo contador para iniciar la absorción y reciclar el líquido.

Como este es un proceso continuo, esta tarea se repetirá las veces que sea necesario para concluir con la producción final.

100

4.9TIPO DE CONTROL. Control ON-OFF: Se emplea este tipo de control porque solamente va haber dos estados o es “1” o “0”, “Todo” o “Nada”, “Ausencia” o “Presencia”, el cual va a detectar nuestro foto interruptor, ya que este al detectar una pieza metálica manda activar las electro válvulas necesarias para cumplir una determinada función programada en nuestro PLC, ya sea succionar o dispersar aire. Este tipo de control funciona satisfactoriamente este tipo de proceso, porque tiene una velocidad de reacción lenta y posee un tiempo mínimo de retardo, se caracteriza por que pone en una u otra posición las electro válvulas, la cual permite una entrada y salida de energía al proceso ligeramente superior o inferior, respectivamente, a las necesidades de la operación normal al proceso. Por eso es que se ocupa este tipo de control.

101

4.10 MATERIAL DEL MECANISMO. El material seleccionado para hacer el soporte del mecanismo que sujeta al pistón es el aluminio debido a la gran cantidad de ventajas que nos ofrece. De acuerdo a la clasificación del aluminio seleccionamos el 6061 ya que es una aleación muy resistente y resiste a los abrasivos. El aluminio es un metal simbolizado con las letras Al, su número atómico es el trece. Este metal se caracteriza por ser muy blando en estado natural. Es de color plateado. El aluminio y sus aleaciones pueden ser clasificados según:

Su estado:

1. W: son denominadas a las sustancias que deben ser tratadas por medio de la temperatura. Es adicionado a las sustancias que son inestables.

2. F: este es el aluminio en su estado puro. 3. 0: este tipo de aluminio se encuentra cocido. Existen también los O1, O2 y O3. 4. T: se denomina a las aleaciones que son endurecidos por el suministro de

calor. También existen T1, T2, y muchos otros más. 5. H: el estado de las aleaciones es de carácter áspero. Es dada por los

materiales que se han endurecido luego de ser deformadas. Existen otros tipos de H, como H1, H2, H3 y H4.

De acuerdo a la clasificación del aluminio el 6061 presenta las siguientes características. La aleación está compuesta por menos de un uno por ciento de Silicio y un porciento de Magnesio. Son muy buenos conductores eléctricos y son muy efectivos ante los procesos mecánicos. Es utilizado para fabricar barcos, también muebles, se usa en el ámbito de la ingeniería, entre otros. El aluminio 6061 es una aleación de aluminio endurecido que contiene como principales elementos aluminio, magnesio y silicio. Originalmente denominado "aleación 61S" fue desarrollada en 1935. Tiene buenas propiedades mecánicas y para su uso en soldaduras. Es una de las aleaciones más comunes de aluminio para uso general, especialmente estructuras de alta resistencia que requieran un buen comportamiento frente a la corrosión, camiones, barcos, vehículos ferroviarios, mobiliario y tuberías y rines. Se emplea comúnmente en formas pre templadas como el 6061-O y las templadas como el 6061-T6 y 6061-T651.

4.10.1 Composición química. La proporción de aluminio debe oscilar entre el 95,85 y el 98,56 por ciento, mientras que el resto de elementos de la aleación atiende a los márgenes establecidos en la siguiente tabla, sin que existan otros elementos (distintos a los

102

señalados en la tabla 4.8) en proporciones superiores a 0,05 de forma individual ni el 0,15% en total:

Tabla 4.8 Máximos y Mínimos de Aleaciones de los Metales.

Elemento Mínimo

(%)

Máximo

(%)

Silicio 0,4 0,8

Hierro 0 0,7

Cobre 0,15 0,4

Manganeso 0 0,15

Magnesio 0,8 1,2

Cromo 0,04 0,35

Zinc 0 0,25

Titanio 0 0,15

4.10.2 Propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de la aleación dependen en gran medida del

templado del material. El módulo de Young es de 69 GPa independientemente del templado.

6061-O El 6061 recocido, denominado 6061-0 presenta su máxima resistencia a la tracción a 125 MPa y su límite elástico a 55 MPa. El material experimenta una elongación entre el 25 y 30%. 6061-T4 La forma templada T4 de la aleación tiene una resistencia máxima a la tracción de 207 MPa y un límite elástico de 110 MPa con una elongación en su longitud del 16%. 6061-T6 La forma templada T6 presenta una resistencia máxima a la tracción de 290 MPa y un límite elástico de 241 MPa. Otros valores que pueden alcanzarse son 310

103

MPa y 275 MPa respectivamente. En formas de 6.35 mm o menor sección, la elongación es del 8% o más; en secciones mayores la elongación ronda el 10%. La forma templada T651 tiene propiedades mecánicas similares. La famosa placa que lleva la sonda Pionner está hecha de esta aleación. El valor típico de conductividad térmica para la 6061-T6 a 80ºC se encuentra alrededor de los 152 W/m K. Una hoja de características del material define los límites de fatiga para cada muestra en 500.000.000 ciclos de carga de 100 MPa usando una máquina de test estándar RR Moore. Esta aleación no muestra en su gráfica S-n un punto de inflexión bien definido, por lo que existe un debate sobre cuántos ciclos equivale a "vida infinita". También tenga en cuenta el valor real del límite de fatiga para una aplicación puede verse seriamente afectada por factores convencionales de carga, la pendiente y el acabado superficial. 6061

Es usado en todo el mundo para la construcción de estructuras de aeronaves,

como las alas y el fuselaje de aviones comerciales y de uso militar. La aleación

de aluminio 2024 es algo más resistente, pero la 6061 es más fácil de

manipular y es resistente a la corrosión incluso cuando la superficie ha sido

erosionada a diferencia de la 2024 que debe ser recubierta con una fina

película de Alclad para evitar la corrosión.

En la construcción de yates, incluidos pequeñas embarcaciones.

En piezas de automóviles como separadores para las ruedas.

En la manufactura de latas de aluminio para el empaquetado de comida y

bebidas.

En la fabricación de botellas de aire comprimido para buceo y equipos de

respiración autónoma a partir de 1995.

6061-T6

Se emplea habitualmente en la construcción de los cuadros y otros

componentes de bicicletas.

En la fabricación de carretes para la pesca con mosca

Junto con la aleación de aluminio 7075, se emplea frecuentemente en

sistemas de supresión de sonido (silenciadores), fundamentalmente en armas

cortas para reducir el peso ganar funcionalidad.

104

4.11 DIBUJO DE LA IMPLEMENTACIÓN A LA SALIDA DEL TUNEL DE LAVADO.

“ANÁLISIS COSTO BENEFICIO”

105

CAPÍTULO 5.

5.1 IMPACTO ECONÓMICO DEL PROYECTO.

Como se mencionó en el capítulo 1, el presente proyecto está enfocado a eliminar los tiempos de paro de la línea de pintura a causa de los retardos del operario a la hora de desempeñar la tarea del secado. Se pretende demostrar el impacto económico de la implementación del proyecto de acuerdo a las variables que pueden ser cuantificables al final del proceso productivo y que se detallan en las tablas siguientes.

5.2 INVERSIÓN. El proceso de pintado requiere de personal especializado pues se trata de una acción muy controlada y única que puede comprometer la producción en cuanto al control de calidad. Como el personal ya está contratado, se requiere de contrato de más personal para que realicen la tarea del secado y además de 24 horas de capacitación para que entienda de qué consta el proceso de la línea de pintura; ya que es un proceso continuo, que se traduce en los siguientes costos.

Tabla 5. 1 Costo total del proyecto.

CONCEPTO CANTIDAD VALOR ($)

Cilindro neumático FESTO 1 ½ diámetro x 8 carrera

1 1,550

Regulador de flujo neumático 8mm1/4 FESTO 4 850

Sensor de Control Retro Polarizado FOTO INTERRUPTOR Allen Bradley 42SRU-6204

1 1,600

Válvula FESTO 5/3 vías 1 1100

Válvula FESTO JMFH 5 1/8 2 1050

Válvula anti retornó chek FESTO 2 550

Válvula de succión (Diseño propio) 1 1,200

Conectores 1 900

INTERRUPTOR DE FINAL DE CARRERA Allen-Bradley

1 500

Herraje N/A 4000

Cables y Mangueras N/A 1900

Tornillería N/A 1050

Ingeniería 1 980

Mano de obra e instalación N/A 40,000

Programación y control N/A 10,400

Gastos de operación N/A 25,000

1 10,500

TOTAL $107,280

106

5.3 COSTOS EXISTENTE DE FUNCIONAMIENTO.

El horno de secado que se encuentra actualmente en operación fundamentalmente genera gastos de funcionamiento por los dos elementos necesarios para desarrollar las temperaturas requeridas y la convección forzada del aire dentro del mismo, como lo son el suministro de gas y el suministro de energía. Además de esto se debe tener en cuenta la mano de obra necesaria para la operación del mismo.

Para cuantificar los consumos que realiza el horno en su funcionamiento se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

Elementos que consumen gas.

Elementos que consumen energía.

Tiempo de funcionamiento mensual.

Mano de obra por operación.

Tabla 5.2 Costo existente por secado manual.

Costos fijos Costo ($) Horas Total ($)

Sueldo capacitador 200.00 24 4,800.00

Gastos 130.00 24 3,120.00

SUBTOTAL 330.00 24 7,920.00

Costos variables

Horas hombre 70.50 24 1,692.00

Descanso 35.00 24 840.00

Equipo de

Seguridad

75.00 24 3,600.00

Seguro Social 6400.00 N/A 6,400.00

SUBTOTAL 6580.50 24 8,340.00

TOTAL 6910.5 24 36,712.00

107

5.4 RELACION COSTO BENEFICIO FAVORABLE. Con todos estos datos, es posible calcular con cierta precisión la relación beneficio-coste que resultaría colocar un mecanismo neumático a la salida del túnel de lavado para retirar el líquido acarreado y a la vez reutilizarlo dirigiendo a la tina del fosfato para evitar pérdidas del mismo. Para los cálculos, el ahorro en consumo de combustible se estima en un 4%, mientras que el aumento de la velocidad del transportador también aumenta en un 2%. En cuanto al costo de producción también disminuye un 8% por ahorro de gas, energía eléctrica y disminución en tiempo de pintado, a su vez también hay un aumento en cada producción debido a que ya no hay mermas por fallas en la calidad de la pintura. El costo del mecanismo se considera en 23,980 pesos. A partir de todos estos valores, la siguiente tabla (Tabla 5.3) muestra la relación beneficio-costo para una solución en la etapa del secado, consistente en la introducción de un mecanismo neumático el cual absorba el líquido y lo regrese a la tina del fosfato.

Tabla 5.3 Costo de funcionamiento del horno de secado.

Descripción Costo por mes ($)

Costo por consumo de gas 35,400

Costo por consumo de energía 24,800

Costo de mano de obra 13,820

Costo total del funcionamiento 74,020

Tabla 5.4 Comparación anual del gasto actual vs costo del proyecto.

Descripción Costo Antes ($)

Costo Después ($)

Costo de mano de Obra

165,840 N/A

Costo de gas 424,800 350,616

Costo de energía 297,600 180,992

SUBTOTAL 888,040 531,608

*Proyecto (pago único) N/A 107,280

TOTAL 888,040 638,888

Como se observa en la tabla 5.4 el proyecto tiene beneficios tanto en la reducción de gastos anuales como en el aumento de la producción. El principal objetivo del proyecto era disminuir los gastos de insumos para la operación del horno de secado y al mismo tiempo aumentar notablemente el número de piezas pintadas y el mejorar la calidad de la pintura. Así mismo se resolvió el problema en cuanto al operador que realizaba la tarea de retirar el líquido ya que las condiciones donde

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las desempeñaba no eran las óptimas por cuestiones de la temperatura en dicha área.

5.5 EL RETORNO DE LA INVERSIÓN El retorno de la inversión se calculó en un lapso de tiempo no mayor a 12 meses como se aprecia en la tabla 5.4, ya que dichos gastos por la implementación del proyecto es un poco mayor que los gastos totales al año por la operación del horno del secado durante una producción en la línea de pintura y estos pueden ser respaldados por los ahorros en los insumos y el retiro de mano de obra. Además al aumentar la producción amortiza el gasto por la implementación del proyecto que este se verá reflejado como pago único.

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CONCLUSIONES. Bajo un conjunto de consideraciones con las cuales se realizó el análisis de la línea de pintura de producción, básicamente el problema se detectó en la etapa del secado que es la tercer etapa de la línea, la línea de pintura AYRVEN sigue él contaba con un horno de secado el cual no cumplía en su totalidad la función de evaporar el líquido, para posteriormente pasar a la siguiente etapa de aplicación de pintura, este problema se decidió atacar debido a sus constantes problemas de calidad al final de la producción. Una de las ventajas del mecanismo neumático automatizado es que disminuyo el tiempo del ciclo de pintura, ya que se pudo aumentar la velocidad en la cadena hasta en un 3% más. El tiempo de ciclo del pintado de las diferentes etapas, fue mucho más eficiente ya que disminuyó notablemente el paro del transportador de la línea, en este tipo de procesos continuos se ven muy afectados por los posibles paros que los operadores realizan al no poder ir al mismo ritmo del proceso. Sin embargo, con los benéficos mencionados anteriormente que se obtuvieron por la implementación del mecanismo neumático automatizado también resolvió más problemas que ya habían sido observados anteriormente, uno de estos fue la pérdida constante de hasta un 35% del Fosfato activo que se encontraba contenida en la tina 3 del túnel de limpieza; este problema se resolvió y se vio reflejado en los gastos de producción obteniendo resultados de perdida entre un 6% y 10% del fosfato gracias a que el líquido absorbido por el dispositivo era direccionado al contenedor y posteriormente era solo activado por un operario. Ahora bien, cuando se determina el tipo de mecanismo que se iba a implementar en la línea de pintura este solo era útil para piezas que acumulaban líquido en sus dobleces que formaban un ángulo de 90º. Cuando se puso en marcha este mecanismo y se acoplo al sistema de control existente observamos que nos ofrecía muchas ventajas. Otra de las ventajas de este mecanismo fue que se retirara a todos los operarios que se encargaban del funcionamiento de la etapa del secado, esto fue de suma importancia para la fábrica por que ponía en riesgo a su personal al no ofrecer las condiciones óptimas a los operarios, además de que ese trabajo no podía ser desempeñado por una solo persona en un proceso de 8 horas continuas. En la actualidad no había ningún mecanismo que realizara esta tarea para dicho proceso ya que todos los sistemas en las líneas de pintura lo único que se hacía era aumentar el tamaño del horno de secado para que la pieza estuviera un mayor tiempo en el recorrido y con esto pudiera salir seca en su totalidad. Este mecanismo es muy económico ya que solo requiere de una inversión inicial y no necesita de un constante mantenimiento ni tampoco de ningún tipo de combustible para poder funcionar, ya que su principal fuente de energía es el aire. El aire es fácil de captar y además abundo en nuestro planeta, además el aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Además el aire es energía limpia con lo cual se puede implementar en muchas empresas que sean socialmente responsables.

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REFERENCIAS:

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111

[14] NORGREN. Válvulas y Accesorios. Recuperado de:http://www.elektroserv.hu/letoltesek/view.html?path=a-b-pdf%2F1-241_1-253.pdf [15] Final de Carrera. Rockwell Automation. Recuperado de:http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/ca/c116-ca505_-es-p.pdf [16] Manual de Visiglogic para la Programación en escalera. Recuperado de:http://www.unitronics.com/Downloads/Support/Technical%20Library/VisiLogic%20Software/Software%20Manuals/VisiLogic%20-%20Ladder%20Programming.pdf [17] Manual del Visilogic para la configuración del HMI. Recuperado de: http://www.unitronics.com/Downloads/Support/Technical%20Library/VisiLogic%20Software/Software%20Manuals/VisiLogic%20-%20HMI%20Applications.pdf [18] Manual del Visilogic para la configuración de bloques de función. Recuperado de: http://www.unitronics.com/Downloads/Support/Technical%20Library/VisiLogic%20Software/Software%20Manuals/VisiLogic%20-%20Function_Blocks.pdf [19] Manual del Visilogic para la configuración de la comunicación. Recuperado de: http://www.unitronics.com/Downloads/Support/Technical%20Library/VisiLogic%20Software/Software%20Manuals/VisiLogic%20-%20Communications.pdf [20] Manual del Visilogic para las utilidades. Recuperado de: http://www.unitronics.com/Downloads/Support/Technical%20Library/VisiLogic%20Software/Software%20Manuals/VisiLogic%20-%20Utilities.pdf [21] Antonio Creus. (2011). 8a edición. Instrumentación Industrial

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ANEXO A

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ANEXO B

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119

ANEXO C

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125

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ANEXO D

127

ANEXO E

128

ANEXO F

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ANAXO G

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ANEXO H