Proyecto Final PLANTA EMBOTELLADORA AUTOMATIZADA

Alumnos: Jorge Molina Bueno, Nicolás González Vargas, Victoriano Aguilera Nieto

Proyecto Integrado. Grado en Mecatrónica Industrial

Proyecto Final PLANTA EMBOTELLADORA AUTOMATIZADA

Fecha: 19/06/24

Índice

Seguridad Laboral

Introducción

Impacto Medioambiental

Descriptores

Memoria

Anexos

Conclusiones

Pliego de Condiciones

Planos

Presupuesto

INTRODUCCIÓN

El objetivo principal de este proyecto es diseñar y montar un sistema de envasado de aceite de forma automatizada, con el fin de optimizar el proceso, mejorar el rendimiento de producción y reducir costes a largo plazo. Realizando este proyecto se pretende demostrar los conocimientos obtenidos a lo largo de este ciclo formativo.

DESCRIPTORES

• PLC (Controlador Lógico Programable)
• Fotocélula
• Sensor de visión.
• Sensor de ultrasonidos
• HMI (Interfaz Humano-Máquina)
• Electroválvula
• Huella de Carbono
• Economía Circular
• Torque
• Ergonomía

Es importante describir las palabras técnicas que usaremos con referencia a lo que se ha implementado en el proyecto; asi que en este punto aclararemos sus significados y funcionalidades

MEMORIA

¿A quién va enfocado nuestro proyecto?

CLIENTE ZONA UTILIDAD

lugar y situación

Emplazamiento de la empresa, localizada en Martos.

DATOS Y SUPOSICIONES DE PARTIDA

• La distribución se realizará en U.

• Colocar medidas de protección para evitar riesgo de golpes y proteger a los empleados.

• Velar por la limpieza, ya que será una instalación de una fábrica alimentaria.

• El conjunto de la instalación no deberá pesar más de 15000 kg.

• La instalación deberá ser controlada por un PLC.

• La instalación debe ser capaz de producir 1000 botellas por día.

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO

Consiste en un sistema automatizado de embotellado y empaquetado de aceite, controlado por un PLC general. Consta de 5 estaciones:

• Llenado

• Sellado

• Etiquetado

• Pesaje y calidad

• Empaquetado

SOLUCIONES PROPUESTAS

Un sistema semi-automático con intervención humana, donde el llenado y embotellado se realizaría por operarios.

Un sistema de envasado automático con sensores simples y cintas transportadoras, con un empaquetado manual.

Un sistema de envasado totalmente automatizado y controlado por PLC.

MEMORIA DE CÁLCULOS

NEUMÁTICOS

ELÉCTRICOS

HIDRÁULICOS

MECÁNICOS

CÁLCULOS ELÉCTRICOS

En este apartado calcularemos la sección de cable necesaria para aguantar toda la instalación.Datos a tomar en cuenta:

• 5 cintas transportadoras. P= 1/2 HP (Horse Power)
• 3 brazos robot. P= 288 W
• 1 máquina etiquetadora. P= 1,5 HP
• 1 enroscadora. P= 100 W

Realizaremos los cálculos pertinentes para tener los datos en Vatios y después calculamos la potencia total.

Para calcular la sección hay que tomar en cuenta varios aspectos y realizar algunas suposiciones:

• Ddp = 5% (Para máquinas con enchufes)
• Cte. material cable = 0,017 (Cu)
• Factor de potencia cos Phi = 1
• Instalación trifásica 400 V
• Longitud instalación 25 m

Con estos datos, podemos empezar a realizar los cálculos:

Revisando las tablas de intensidades admisibles y tipos de instalaciones, se decide que se usará el tipo de instalación A2 (PVC 3). Se escoge una s = 2,5 mm^2 ya que es el mínimo para máquinas con enchufes.

Se comprueba que la instalación sea correcta comprobando que la sección elegida es mayor que la calculada.

Posteriormente, comprobamos que la caida de tensión de la instalación será menor que la calculada:

CUADRO ELÉCTRICO GENERAL

MEMORIA

Pasamos los valores al sistema internacional, obtenemos el área, A, y posteriormente calculamos la fuerza, F.

CÁLCULOS NEUMÁTICOS

En este apartado calcularemos la fuerza que van a ejercer los cilindros con el fin de realizarles los ajustes necesarios y que no afecten a las botellas.Establecemos los siguientes datos :

• Carrera del Cilindro: 50 mm (0.05 m)
• Diámetro del Cilindro: 40 mm (0.04 m)
• Presión de Trabajo: 1 MPa
• El caudal de aire de la instalación vendrá dado por el sistema de aire a presión que posee la empresa, por lo cuál será un dato que obviamos.

Con la presión y la superficie ya obtenidos, simplemente calcularíamos el valor de la F:

Con este dato, determinamos que cada uno de los cilindros ejercería 1256,64 N. Teniendo en cuenta este dato, en el montaje de las estaciones sabremos si es necesario instalar elementos reductores de aire o a qué distancia colocar los cilindros para que no afecte a las botellas.

MEMORIA

REPRESENTACIÓN NEUMÁTICA DE LA ESTACIÓN 1

KOP

CÁLCULOS HIDRÁULICOS

En este apartado calcularemos el caudal que pasará por los tubos alimentarios, que llevarán el aceite hasta la punta de llenado, encargada de realizar el llenado de las botellas.Queremos que las botellas se llenen en un tiempo máximo de 4 segundos, lo cual es un aspecto a tener en cuenta. Parametros a considerar:

• Diámetro interno del tubo de llenado: 9,6 mm (0.0096 m).
• Longitud del tubo de llenado: 5 m.
• Presión del aceite en el depósito: 2 bar (200.000 Pa).
• Viscosidad del aceite: 0.1 Pa*s.
• Temperatura del aceite: 25°C.
• Volumen de las botellas: 1 litro (0,001 m³).

CÁLCULOS MECÁNICOS

Considerando que una parte significativa de los componentes mecánicos para el proyecto ya han sido adquiridos y ensamblados, se ha determinado que la necesidad de realizar cálculos mecánicos adicionales es innecesaria en esta etapa. La selección y compra previa de los componentes ha sido llevada a cabo con el objetivo de asegurar que cumplen con los requisitos específicos de diseño y funcionamiento del sistema propuesto.

PLIEGO DE CONDICIONES.Elementos y componentes

Unidad de mantenimiento

Electroválvula

Cilindro neumático SMC

NEUMÁTICOS

ELECTRÓNICOS

Sensor ultrasónico Microsonic

Sensor de visión Omron

Plataforma de pesaje

Plc Siemens

Sensor de proximidad

Interruptor seccionador con fusible

Interruptor general

Luz de emergencia roja

ELÉCTRICOS

Interruptor disyuntor

Interruptor magnetotérmico

Contactores

Relé Térmico

Máquina etiquetadora

Carril montaje elemntos eléctricos

OTROS

MAQUINARIA

Cintas de transporte

Brazo robot ReBeL

Caja cuadro eléctrico

Enroscadora automática

DESCRIPCIONES Y OPERACIONES REALIZADAS

Punta de llenado

Las operaciones que se van a realizar de mecanizado serán realizadas por empresas subcontratadas, que nos ofrezcan un servicio óptimo. No obstante, se explicará el proceso de fabricación de los elementos..

Pinza neumática para la sujeción de botellas

Corte con sierra

Torneado cónico

Material en bruto

FABRICACIÓN PUNTA DE LLENADO

Fresado canales

Taladrado a presición

LÍMITES Y CONDICIONES DE USO

Para la fabricación de la punta de llenado, se seleccionará acero inoxidable de grado 316L. Es conocido por su excelente resistencia a la corrosión y su capacidad para soportar ambientes agresivos, lo que lo hace ideal para aplicaciones en la industria alimentaria. Por otro lado, para las planchas alineadoras, al ser componentes que se instalarán en las cintas transportadoras, con el propósito de guiar y alinear las botellas, se seleccionará acero inoxidable de grado 304. Posee gran resistencia a la corrosión, durabilidad y facilidad de fabricación.

Tabla con las características químicas del acero

ESPACIO EN EL QUE SE INSTALARÁ

Se realizará en una nave industrial de unos 200 metros cuadrados aproximadamente. La instalación de embotellado automatizada estará localizada justo a la entrada de la nave.

ORIENTACIÓN

El inicio y final del proceso están situados hacia el almacén, ya que facilita la distribución de material y el traslado de empaquetado. Asimismo, esta orientación sirve para permitir una conexión y transporte más sencillo con los silos de aceite. El cuadro eléctrico estará situado justo a la entrada de la nave, al lado de la embotelladora, permitiendo el corte de luz en caso de emergencia.

Distribución de la nave industrial. Autoría propia.

DIAGRAMA DE FLUJO

TRANSPORTE

Planificación y Ejecución del Transporte

• Crucial para asegurar una instalación exitosa sin contratiempos.
• Obtención de Componentes

Adquisición según el presupuesto.

• Coordinación con proveedores para fechas y métodos de envío.
• Consideración de la fragilidad y tiempos de tránsito.

Preparación para el Envío

• Embalaje adecuado con materiales protectores.
• Almacenamiento seguro hasta la instalación del montaje.

INSTALACIÓN

Instalación de las Estaciones1. Estación de Llenado

• Instalar y colocar cintas transportadoras y sujeciones.
• Conectar el motor de la cinta al panel de control y verificar funcionamiento.
• Colocar cilindros y conectar líneas de aire, así como conectar la electroválvula al PLC.
• Instalar la boquilla de llenado y asegurar su sujeción.
• Conectar la boquilla al depósito de aceite y ajustar la válvula de control de flujo.
• Montar sensores de presencia y ultrasonidos, conectándolos al PLC.

2. Estación de Tapado y Sellado

• Montar la atornilladora y conectarla a la cinta transportadora.
• Instalar y conectar el sensor de presencia al PLC.
• Verificar el correcto funcionamiento de la máquina.

Planificación Revisar los planos del proyecto y entender el diseño de la línea de envasado. Elaborar una lista de componentes y materiales necesarios, incluyendo cintas transportadoras, máquina atornilladora, y brazos robóticos. Preparación del Espacio Asegurar un espacio amplio donde se pueda distribuir la línea de envasado en forma de U. Organizar el área para facilitar la instalación de todos los componentes.

Estación de Etiquetado

• Montar y colocar la máquina etiquetadora según el manual del fabricante.
• Conectar el motor del cilindro rotatorio al sistema de control.
• Asegurar el aplicador de etiquetas en su lugar correspondiente.

Estación de Control de Calidad y Pesaje

• Asegurar la plataforma de pesaje en una estructura metálica anclada al suelo.
• Calibrar la báscula y conectarla al sistema de control.
• Instalar el brazo robótico y conectarlo a la corriente.
• Instalar sensores para verificar peso y calidad del envase, conectándolos al PLC.

Estación de Empaquetado

• Montar el brazo robótico y configurar su rango de movimiento.
• Instalar sensores de presencia y conectarlos al PLC.
• Preparar la plataforma para las cajas y configurar el brazo robótico para su funcionamiento correcto.

PUESTA EN MARCHA

En primer lugar, se realizará una inspección visual completa para verificar que todos los componentes estén correctamente instalados y que no haya daños visibles

Se dará corriente a los sistemas eléctricos principales y se verificarán los voltajes de operación para asegurar que están dentro de los rangos especificados.

Los sistemas neumáticos e hidráulicos se presurizan y revisan para detectar posibles fugas.

A nivel de software, se cargan y verifican los programas de control en el PLC y otros controladores. asegurando con pruebas de comunicaciónque todas las señales y datos se transmiten correctamente.

PASO A PASO

EMPAQUETADO

ETIQUETADO

LLENADO

CALIDAD-PESAJE

SELLADO

Las operaciones de mantenimiento las realizarán operarios cualificados que respetan las leyes en materia de seguridad laboral. Las labores de mantenimiento deberán ser adecuadas y sistemáticas para asegurar la continuidad de la producción, minimizar el tiempo de inactividad y prolongar la vida útil de los equipos. Estos planes de mantenimiento están diseñados para abordar las necesidades de todos los tipos de mantenimiento: preventivo, correctivo y predictivo.

MANTENIMIENTO DEL MECANISMO

Mantenimiento Preventivo

El mantenimiento preventivo del sistema de embotellado automatizado incluye inspecciones y mantenimientos rutinarios para prevenir fallos y asegurar un rendimiento óptimo. Las cintas transportadoras requieren inspecciones semanales para verificar la tensión y alineación de la banda, y mensuales para revisar la banda y el funcionamiento de los sensores. El sistema de llenado necesita mantenimientos diarios de limpieza de boquillas y verificación del nivel de aceite, semanales de limpieza de filtros y calibración del sensor de ultrasonidos, y mensuales de inspección de conexiones y líneas de aceite. La atornilladora automática requiere limpieza diaria del cabezal, ajustes semanales de torque y lubricación, y revisiones mensuales del motor y sensores. El sistema de etiquetado necesita limpieza diaria y ajustes semanales de rodillos etiquetadores. La plataforma de pesaje y el control de calidad requieren limpieza diaria y calibración básica, con ajustes semanales de sensores y lentes, y calibraciones mensuales de balanza y sistemas de visión. El brazo robótico de empaquetado necesita limpieza y lubricación semanal, ajustes de movimiento y velocidad, y revisiones mensuales del controlador y calibración.

Mantenimiento Correctivo

En el mantenimiento correctivo se llevará a cabo la reparación de fallos inesperados para restaurar el funcionamiento normal del sistema. Cuando se detecta un error, es crucial realizar un diagnóstico inmediato usando sistemas de monitoreo y control para identificar la causa del problema. Una vez identificado, se procederá a la reparación o reemplazo de los componentes defectuosos. Tras la correcta reparación, se deben realizar pruebas de funcionamiento para asegurar que el sistema funcione correctamente. Posteriormente la información relacionada con los fallos y reparaciones realizadas debe ser documentada detalladamente para su análisis futuro, lo que permitirá mejorar el mantenimiento preventivo y predictivo. Se mantendrá un stock de los componentes más propensos a roturas.

Mantenimiento Predictivo

El mantenimiento predictivo hace uso de datos y análisis para predecir cuándo se requerirá realizar un mantenimiento, minimizando así el tiempo de inactividad no planificado. Se basa en el monitoreo continuo de los equipos mediante sensores y sistemas de monitoreo que recopilan datos en tiempo real sobre vibraciones, temperatura, etc. El análisis de estos datos por análisis predictivo permite identificar tendencias y posibles fallos antes de que ocurran. Usando este análisis, se programan intervenciones de mantenimiento, ajustando y realizando mantenimientos preventivos antes de que se produzcan fallas. Esto no solo mejora la eficiencia operativa, sino que también extiende la vida útil de los equipos y reduce los costos de mantenimiento a largo plazo.

Normativa Eléctrica

• Directiva 2014/35/UE sobre equipos eléctricos de baja tensión (LVD).
• Directiva 2014/30/UE sobre compatibilidad electromagnética (EMC).
• UNE-EN 60204-1: Seguridad de las máquinas - Equipos eléctricos de las máquinas - Parte 1: Requisitos generales.

NORMATIVA APLICADA

Entre alguna de las normas que se han hecho uso en la creación de este proyecto encontramos:Seguridad en Maquinaria

• Directiva 2006/42/CE sobre maquinaria.
• UNE-EN ISO 13849-1: Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de control relacionadas con la seguridad.
• UNE-EN ISO 12100: Seguridad de las máquinas - Principios generales de diseño - Evaluación de riesgos y reducción de riesgos.

Salud y Seguridad en el Trabajo

• Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales.
• UNE-EN ISO 45001: Sistemas de gestión de la seguridad y salud en el
• trabajo - Requisitos con orientación para su uso.

PLANOS

PRESUPUESTOS

El coste final del proyecto ascendería a unos 62000euros aproximadamente. Teniendo en cuenta la cantidad de máquinas implicadas, además de comparando con otro tipo de instalaciones similares, se determina que es un precio razonable. Está dentro del rango esperado, considerando los múltiples componentes de alta calidad y la complejidad de la automatización.

VER MÁS

Para tomar medidas ante los problemas encontrados se llevan a cabo los planes de prevención de riesgos laborales. Así pues, se hará uso de distintos equipos de protección, tanto individuales (EPIs) como colectivos:

• Cascos o tapones.
• Protecciones y vallas de seguridad en la zona de trabajo.
• Cascos y guantes para garantizar la protección ante golpes o riesgos eléctricos.
• Señales y elementos visuales que indiquen diversos peligros

SEGURIDAD LABORAL

La seguridad laboral es esencial para tener un entorno de trabajo saludable y seguro, tratando de disminuir o evitar riesgos en el trabajo. Para ello se utilizan distintos métodos y herramientas para identificar los riesgos:

• Valoración Inicial.
• Formaciones.
• Tecnología para la seguridad.
• Actualizar los protocolos de seguridad.

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

Uno de los principales problemas de la industria actual es su impacto ambiental. Para reducir nuestra huella de carbono, hemos implementado varias estrategias, además de otras:

• Utilizamos materiales sostenibles en la fabricación, empleando botellas de plástico reciclado en un 90% y materiales de empaquetado biodegradables, promoviendo la economía circular.
• Energéticamente, somos eficientes al utilizar energía renovable mediante paneles solares y la instalación de temporizadores para evitar consumos innecesarios.
• Toda nuestra iluminación es de bajo consumo (LED).
• Para el transporte, colaboramos con proveedores a menos de 100 km y utilizamos camiones de gas natural, optimizando las rutas de entrega con la aplicación Circuit Planificador de rutas.
• Hemos obtenido el certificado medioambiental ISO 14001 y promovemos prácticas ecoamigables mediante la educación y formación sobre la separación de residuos.

ANEXOS

R.R.H.H.Para nuestro proyecto, elegimos una sociedad de responsabilidad limitada (SRL) por sus múltiples ventajas. La responsabilidad se limita al capital aportado, protegiendo el patrimonio personal de los socios. Requiere un capital mínimo de 3.000 euros, dividido en participaciones y totalmente desembolsado en la firma de la escritura pública. Nuestra SRL contará con tres socios. Los impuestos incluyen el Impuesto de Transmisiones Patrimoniales y Actos Jurídicos Documentados (ITPAJD) y el Impuesto sobre Actividades Económicas (IAE). Además, la SRL está sujeta al Impuesto de Sociedades con una tasa del 25% sobre los beneficios y debe gestionar el IVA, con tasas del 21%, 10%, y 4%. Los Actos Jurídicos Documentados se aplican a documentos notariales. Los contratos de los trabajadores estarán en la carpeta de Anexos, en el apartado de R.R.H.H.

SimulaciónAquí podemos observar algunas de las simulaciones de las estaciones realizadas en Cosimir:

ESTACIÓN 1

ESTACIÓN 4

ESTACIÓN 5

CONCLUSIONES

Desarrollar nuestro sistema de embotellado automatizado ha sido una tarea muy compleja que ha involucrado la integración de varias tecnologías y la unión entre diferentes disciplinas. Durante el proyecto, aprendimos a planificar y llevar a cabo una instalación industrial eficiente, gestionar la logística de componentes y aplicar estrategias sostenibles para reducir nuestro impacto ambiental. Sin embargo, debido a la complejidad del proyecto, tuvimos que ajustar y reducir algunos aspectos para mantenerlo viable y eficiente. Este proyecto nos ha enseñado muchas lecciones sobre la importancia de la planificación, la adaptabilidad y el trabajo en equipo en el ámbito laboral.

GRAFCET ESTACIÓN 1

CIRCUITO DE ACEITE

El aceite saldría del depósito por gravedad, controlado por una electroválvula, que abriría y cerraría el depósito para controlar el llenado. El cilindro controlaría la apertura y cierre del propio silo.

CALIDAD Y PESAJE

En cuanto a la estación de control de calidad y pesaje, se realizará la comprobación de los sensores de proximidad y de inspección visual, asegurando su correcto funcionamiento. Además, se comprobará que el sistema de pesaje está calibrado correctamente con pesos estandarizados.

ESTACIÓN DE ETIQUETADO

A continuación, con la estación de etiquetado se deberá comprobar el cilindro rotatorio para asegurar que gira correctamente y posiciona los envases para el etiquetado. Una vez asegurado el funcionamiento, se realizará una prueba con etiquetas en blanco para verificar que el mecanismo funciona sin problemas.

ESTACIÓN DE SELLADO

En la estación de tapado y sellado es necesario verificar que la atornilladora enrosque correctamente los tapones de las botellas. Para ello, se ajustarán los parámetros de la máquina para configurar el torque, y así asegurar que los tapones estén bien fijados sin dañar los envases.

GRAFCET GENERAL

EXPLICACIÓN Y ELEMENTOS A CONSIDERAR

El proyecto, por su complejidad, ha tenido que ser acortado, por lo tanto aquí teneis una explicación del proceso:

• Una vez activado el interruptor general empezaría el ciclo.
• Iría pasando por cada uno de las estaciones, y una vez que manden una señal de finalización, pasaría a la siguiente estación.
• Un ejemplo del proceso que realizará el sistema es el de la Estación 1.

CICLOS INFINITOS

Están hechos para el continuo funcionamiento de las cintas 1 y 3, ya que estas no dependen de un PLC secundario.Datos a considerar:

• La cinta 1 se parará en caso de que salte el relé o el sensor de la estación 1 detecte una botella.
• La cinta 3 estará encendida siempre, mientras que no salte el relé propio.

ESTACIÓN DE EMPAQUETADO

programará el brazo robótico y se probará para asegurar que es capaz de colocar los envases en las cajas de empaquetado de manera precisa, además de la revisión del sensor de proximidad y del estado de la cinta.

CONEXIÓN AL PLC

CIRCUITO NEUMÁTICO DE SUJECIÓN

Constaría de dos cilindros paralelos, uno frente a otro, que sujetarían las botellas mientras que otro cilindro colocado arriba introduciría una punta de llenado por la boquilla de las botellas. La activación y desactivación de este circuito y el de llenado sería controlado por sensores de proximidad, y de un sensor de ultrasonidos.

TABLA DE ENTRADAS/ SALIDAS

GRAFCET SECUNDARIOS

Tenemos los grafcet de parada de emergencia, rearme y ciclo infinito, cada uno con su función específica.

ESTACIÓN DE LLENADO

Se comprobará en vacío el sistema de llenado, activando el pistón y la válvula de aceite para verificar el correcto funcionamiento, además de los pistones de cierre para sujetar las botellas. Se deben ajustar el sensor de presencia, para comprobar que detecte la botella, y el sensor de ultrasonidos, para detectar correctamente el nivel de aceite en los envases durante el llenado.

SALIDAS DEL PLC Y ENTRADA DE CORRIENTE A MÁQUINAS

ENTRADAS AL PLC Y CIRCUITO DE MANDO