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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
SEDE QUITO

CARRERA:
INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Trabajo de titulación previo a la obtención del título de:
INGENIEROS ELECTRÓNICOS

TEMA:
AUTOMATIZACIÓN DEL REVESTIMIENTO DE EJES METÁLICOS CON
POLÍMEROS, PARA LA ELABORACIÓN DE RODILLOS EN LA PLANTA
INDUSTRIAL “ALFIZA REVESTIMIENTOS INDUSTRIALES”

AUTORES:
GONZALO GABRIEL CHIMBO ROMERO
JORGE FERNANDO VALLEJO BASANTES

TUTOR:
ANÍBAL ROBERTO PÉREZ CHECA

Quito, marzo del 2016

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR
Nosotros Gonzalo Gabriel Chimbo Romero y Jorge Fernando Vallejo Basantes, con
documento de identificación Nº 0704408665 y 171656867 respectivamente,
manifestamos nuestra voluntad y cedemos a la Universidad Politécnica Salesiana la
titularidad sobre los derechos patrimoniales en virtud de que somos autores del
trabajo de proyecto técnico intitulado: AUTOMATIZACIÓN DEL
REVESTIMIENTO DE EJES METÁLICOS CON POLÍMEROS, PARA LA
ELABORACIÓN DE RODILLOS EN LA PLANTA INDUSTRIAL “ALFIZA
REVESTIMIENTOS INDUSTRIALES”, mismo que ha sido desarrollado para optar
por los títulos de Ingenieros Electrónicos, en la Universidad Politécnica Salesiana,
quedando la Universidad facultada para ejercer plenamente los derechos cedidos
anteriormente.
En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en nuestra
condición de autores nos reservamos los derechos morales de la obra antes citada.
En concordancia, suscribimos este documento en el momento que hacemos entrega
del trabajo final en formato impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad
Politécnica Salesiana.

Quito, marzo del 2016

___________________________ __________________________
Gonzalo Gabriel Chimbo Romero Jorge Fernando Vallejo Basantes
CI: 0704408665 CI: 1716568678

DECLARATORIA DE COAUTORÍA DEL DOCENTE TUTOR
Yo, declaro que bajo mi dirección y asesoría fue desarrollado el proyecto técnico,
AUTOMATIZACIÓN DEL REVESTIMIENTO DE EJES METÁLICOS CON
POLÍMEROS, PARA LA ELABORACIÓN DE RODILLOS EN LA PLANTA
INDUSTRIAL “ALFIZA REVESTIMIENTOS INDUSTRIALES” realizado por
Gonzalo Gabriel Chimbo Romero y Jorge Fernando Vallejo Basantes, obteniendo un
producto que cumple con todos los requisitos estipulados por la Universidad
Politécnica Salesiana para ser considerados como trabajo final de titulación.

Quito, marzo del 2016

_______________________
Aníbal Roberto Pérez Checa
CI: 1711423440

DEDICATORIA
Este proyecto técnico va dedicado a la memoria de mi Padre Gonzalo Chimbo
Aucatoma porque aunque no esté presente sigue enseñándome día a día el camino de
la superación, a mi madre Mariana Romero que siempre ha sabido guiarme,
aconsejarme que con su apoyo categórico me ha permitido alcanzar las metas que me
he propuesto, también quiero dedicar este trabajo a mi hermana Karina, mi cuñado
Marlon y a mis queridos sobrinos Sebastián y Vanessa, gracias por tanto apoyo y
amor incondicional.

Gonzalo Chimbo Romero

El presente trabajo está dedicado a mis padres Jorge y Carmen quienes con su
inmenso amor han sabido guiarme a lo largo de toda mi vida, a mis hermanos
Jaqueline , Mónica y Alfredo que han sido siempre una fuente de apoyo y amor
incondicional, a mis sobrinos Daniel, Andrés, Cristina, Micaela, Stephano,
Alejandra, Emily y Luciana de quienes siempre he recibido el cariño y el aliento
necesario para salir adelante en las metas propuestas, a mis cuñados Izabeth y Lauro
quienes siempre han estado presentes con su apoyo incondicional . También a mis
abuelitos Julio, Lucrecia, Jorge y Elisa por siempre brindarme cariño y mostrarme
que con esfuerzo, trabajo perseverancia se pueden conseguir las cosas que nos
propongamos en la vida.

Fernando Vallejo Basantes

AGRADECIMIENTO
Agradecemos a la Universidad Politécnica Salesiana que durante 5 años que duró
nuestra instrucción pre profesional supo acogernos con calidez sintiéndonos a gusto y
desenvolviéndonos en un entorno amigable. También emitimos un profundo y
afectuoso agradecimiento a nuestros docentes y compañeros que fueron el apoyo y
complemento en toda nuestra etapa académica.
A nuestro tutor el Ing. Roberto Pérez que ha sido guía fundamental durante todo el
proyecto, compartiendo su experiencia y conocimientos pero sobre todo su amistad.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 3
ANTECEDENTES ....................................................................................................... 3
1.1 Tema del proyecto .................................................................................................. 3
1.2 Objetivos ................................................................................................................ 3
1.2.1 Objetivo general .................................................................................................. 3
1.2.2 Objetivos específicos .......................................................................................... 3
1.3 Justificación............................................................................................................ 4
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 5
ANÁLISIS DE FACTORES DEL PROCESO ............................................................ 5
2.1 Polímeros ............................................................................................................... 5
2.2 Caucho Natural....................................................................................................... 6
2.3 Revestimiento de rodillos con caucho.................................................................... 8
2.3.2 Pre proceso, proceso y post proceso en planta .................................................. 10
CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 13
HARDWARE Y SOFTWARE .................................................................................. 13
3.1 Hardware .............................................................................................................. 13
3.1.1 Extrusión ........................................................................................................... 13
3.1.1.1 Extrusora ........................................................................................................ 14
3.1.1.2 Velocidad de aporte........................................................................................ 16
3.1.2 Colocación del material sobre los cilindros metálicos ...................................... 17
3.1.2.1 Relación de movimientos rotacional y lineal ................................................. 17
3.1.2.2 Movimiento rotacional ................................................................................... 18
3.1.2.3 Movimiento lineal .......................................................................................... 18
3.1.2.4 Cálculo de velocidades ................................................................................... 19
3.1.2.5 Velocidad rotacional ...................................................................................... 19
3.1.2.6 Velocidad lineal ............................................................................................. 20
3.1.3 Dimensionamiento eléctrico.............................................................................. 21
3.1.4 Dimensionamiento electrónico..........................................................................23
3.1.5 Comunicación ................................................................................................... 27
3.2 Software ............................................................................................................... 28
3.2.1 Programación del PLC ...................................................................................... 28

3.2.1.1 Modo de funcionamiento del variador ........................................................... 29
3.2.1.2 Arranque de variadores .................................................................................. 30
3.2.1.3 Paro de variadores .......................................................................................... 31
3.2.1.4 Asignación de valores de frecuencia .............................................................. 32
3.2.1.5 Obtención de valores análogos....................................................................... 33
3.3 Configuración de parámetros del Variador .......................................................... 35
3.3.1 Modo EXT (Externo) ........................................................................................ 35
3.3.2 Modo NET (Red) .............................................................................................. 37
3.4 Modos de funcionamiento del sistema ................................................................. 38
3.4.1 Modo Manual .................................................................................................... 38
3.4.2 Modo Automático ............................................................................................. 38
3.4.3 Diagramas de flujo ............................................................................................ 39
CAPÍTULO 4 ............................................................................................................. 42
ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE LOS PROCESOS TRADICIONAL Y
AUTOMÁTICO ......................................................................................................... 42
4.1 Proceso tradicional ............................................................................................... 42
4.2 Proceso automático .............................................................................................. 42
4.3 Comparación entre procesos tradicionales y automáticos ................................... 43
4.3.1 Experiencia ........................................................................................................ 44
4.3.2 Esfuerzo físico ................................................................................................... 45
4.3.3 Cantidad de personas necesarias para realizar el recubrimiento ....................... 47
4.3.4 Salud .................................................................................................................. 48
4.3.5 Tiempo .............................................................................................................. 50
4.3.5 Análisis económico ........................................................................................... 52
4.3.6 Flujo de caja ...................................................................................................... 55
CONCLUSIONES ..................................................................................................... 57
RECOMENDACIONES ............................................................................................ 60
REFERENCIAS ......................................................................................................... 61

ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Actividad deportiva en la antigüedad ........................................................... 6
Figura 2. Método extracción del caucho ...................................................................... 7
Figura 3. Revestimiento de rodillos con caucho .......................................................... 9
Figura 4. Revestimiento manual del eje metálico con caucho ................................... 10
Figura 5. Limpieza de residuos de caucho en el eje metálico .................................... 10
Figura 6. Espesor del caucho en el molino y corte del exceso en el rodillo .............. 11
Figura 7. Proceso de vulcanización de un eje metálico con caucho .......................... 11
Figura 8. Rectificación del revestimiento de caucho ................................................. 12
Figura 9. Corte lateral del interior de una extrusora .................................................. 14
Figura 10. Esquema de la estructura interna de la extrusora...................................... 15
Figura 11. Forma del perfil de caucho ....................................................................... 15
Figura 12. Torno industrial ........................................................................................ 18
Figura 13. Identificación de elementos para el dimensionamiento eléctrico y
electrónico .................................................................................................................. 27
Figura 14. Líneas de comando en la activación modo NET ...................................... 29
Figura 15. Líneas de comando en la activación modo EXT ...................................... 30
Figura 16. Comando arranque variador sentido horario ............................................ 31
Figura 17. Comando arranque variador sentido anti horario ..................................... 31
Figura 18. Comando paro de variadores .................................................................... 32
Figura 19. Comando asignación valores de frecuencia .............................................. 32
Figura 20. Comando configuración módulo análogo ................................................. 33
Figura 21. Comando para obtención de datos ............................................................ 34
Figura 22. Diagrama de conexión mando por pulsadores a tres hilos ....................... 35
Figura 23. Diagrama conexión de potenciómetro ...................................................... 36
Figura 24. Diagrama de flujo de la automatización del proceso ................................ 39
Figura 25. Diagrama de flujo modo de operación manual ......................................... 40
Figura 26. Diagrama de flujo operación automático .................................................. 41
Figura 27. Dificultad de operación del proceso vs experiencia ................................. 44
Figura 28. Imagen de la aplicación de presión; a) Proceso tradicional b) Proceso
automático .................................................................................................................. 45
Figura 29. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático .......... 51
Figura 30. Comparación de costos energía y personal ............................................... 54

ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Velocidad de aporte asociado a la dureza del caucho .................................. 16
Tabla 2. Relaciones en factor de aumento de velocidades angulares entre marchas . 20
Tabla 3. Descripción dimensionamiento eléctrico ..................................................... 22
Tabla 4. Dimensionamiento de contactores ............................................................... 23
Tabla 5. Descripción dimensionamiento electrónico ................................................. 24
Tabla 6. Comandos configuración variadores de frecuencia ..................................... 30
Tabla 7. Instrucciones de arranque VDF.................................................................... 31
Tabla 8. Instrucción de comunicación y paro del VDF ............................................. 32
Tabla 9. Asignación valor de frecuencia .................................................................... 33
Tabla 10. Comando dirección módulo especialy memoria buffer ............................ 34
Tabla 11. Instrucción para registros transmitidos ...................................................... 34
Tabla 12. Configuración de terminales de arranque y stop ....................................... 36
Tabla 13. Configuración comunicación con variador – PLC ..................................... 37
Tabla 14. Dificultad de proceso revestimiento manual y automático ....................... 44
Tabla 15. Valor del esfuerzo físico del revestimiento en los procesos ...................... 46
Tabla 16. Dificultad de repetición del trabajo ............................................................ 46
Tabla 17. Influencia de la dureza del compuesto de caucho en la fuerza
necesaria para la aplicación del revestimiento ........................................................... 47
Tabla 18. Número de personas empleadas para el revestimiento .............................. 48
Tabla 19. Nivel de cansancio luego de un trabajo definido ....................................... 49
Tabla 20. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo ...................................... 49
Tabla 21. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo por más de 3 veces
seguidas ...................................................................................................................... 49
Tabla 22. Estimación de la habilidad para realizar un trabajo de dimensiones más
grandes luego de realizar uno propuesto .................................................................... 50
Tabla 23. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático ........... 50
Tabla 24. Consumo de energía proceso tradicional ................................................... 52
Tabla 25. Consumo de energía proceso automático................................................... 52
Tabla 26. Costo personal proceso tradicional ............................................................ 53
Tabla 27. Costo personal proceso automático............................................................ 53
Tabla 28. Comparación de costos energía y personal ................................................ 54

ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Diagrama eléctrico del sistema ................................................................... 63
Anexo 2. Formato del Censo ...................................................................................... 64
Anexo 3. Tabulación de datos .................................................................................... 67
Anexo 4. Interfaz HMI ............................................................................................... 72
Anexo 5. Manual de operación .................................................................................. 74
Anexo 6. Manual de mantenimiento .......................................................................... 80

RESUMEN
ALFIZA Revestimientos Industriales es una empresa dedicada al revestimiento de
ejes metálicos con polímeros, sus líneas de producción son totalmente empíricas por
lo que se ha decidido renovar este proceso artesanal por uno automático.

El proyecto de renovación tiene como objetivo elevar la producción, optimizar
materia prima y mejorar las condiciones laborales del operador aprovechando su
capacidad física e intelectual al máximo.

Para el efecto, la automatización del sistema reviste los ejes metálicos de manera
automática, al controlar y sincronizar la velocidad de giro del mandril y la velocidad
de avance del charriot en un torno clásico, sobre el mismo está acoplada una
extrusora, la cual proporciona una banda continua de caucho, este material es
colocado a lo largo de la superficie del rodillo.

Para la instrumentación se designa un PLC y dos variadores de frecuencia que
controlan los movimientos antes mencionados, además se utiliza una pantalla HMI,
donde el operador ingresa los datos para el revestimiento como diámetro, longitud de
rodillo y velocidad de aporte del material.

También se colocan tres sensores, ubicados estratégicamente los cuales
proporcionan datos como presencia del polímero, garantizando que el proceso se
desarrolle con normalidad, espesor del material lo cual ayudará a sincronizar las
velocidades de mandril y charriot, el último sensor mide el desplazamiento
longitudinal del charriot con la finalidad de revestir únicamente la distancia que el
operador ingresa a través del HMI.

ABSTRACT
Industrial Coatings is a company dedicated to the coating of metal shafts with
polymers, ALFIZA their production lines are fully empirical so it has decided to
renew the traditional process by one machine.

The renovation project aims to increase production, optimize raw materials and
improve the working conditions of the operator using their full physical and
intellectual capacity.

For this purpose, system automation coated metal shafts automatically, to control and
synchronize the rotational speed of the jaw chuck and the forward speed of a saddle,
it is coupled on an extruder, which provides a continuous band of rubber, and this
material is placed over the roller surface.

Instrumentation for designating a PLC and two inverters that control movements
mentioned above, also an HMI screen wherein the operator enters data for coating as
diameter, length of roll and the material delivery rate is used.

Three sensors, strategically placed which provide data such as the presence of the
polymer, ensuring that the process develops normally, material thickness which help
synchronize spindle speeds and saddle, the last sensor measures the longitudinal
displacement are also placed saddle in order to cover only the distance that the
operator enters via the HMI.

INTRODUCCIÓN
La industria ecuatoriana relacionada con el revestimiento de ejes metálicos con
polímeros no ha tenido un desarrollo tecnológico significativo durante varios años
que se encuentra presente en el país, siendo sus procesos realizados aún de manera
manual y empírica, por lo que el incremento en la calidad del producto final se ha
visto limitada, relacionándola directamente con factores como el desempeño y la
seguridad del operador debido al esfuerzo físico que se realiza durante la jornada
laboral, incrementando la probabilidad de un reproceso por separación entre las
capas de caucho aplicadas sobre los ejes.
A continuación una breve descripción de los contenidos en cada capítulo:

Capítulo 1
En esta sección llamada Antecedentes se detalla el tema del proyecto, objetivo
general, objetivos específicos y justificación.

Capítulo 2
Para direccionar el desarrollo del trabajo hacia los objetivos planteados se realizará
un análisis de los factores propios del proceso expuestos con detalle en este capítulo,
donde se muestra el proceso de creación de materia prima, el pre-procesado,
procesado y post-procesado en planta.

Capítulo 3
Entendido el proceso y las variables que intervienen en el mismo, se definen en el
presente capítulo los equipos mecánicos y electrónicos que se utilizarán para la
automatización, así como su dimensionamiento y los modos de operación dentro del
sistema.

Capítulo 4
Con el proyecto desarrollado se realizan diferentes ensayos que permitan una
tabulación de datos y su comparación con otros tomados previos al proceso de
automatización, para establecer índices que describan la nueva operación del sistema.

CAPÍTULO 1
ANTECEDENTES

1.1 Tema del proyecto
Automatización del revestimiento de ejes metálicos con polímeros, para la
elaboración de rodillos en la planta industrial “Alfiza Revestimientos Industriales”

1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general
Automatizar mediante el usode controladores industriales el revestimiento de ejes
metálicos con polímeros, en la planta industrial “Alfiza Revestimientos Industriales”
para mejorar el proceso de manufactura, aumentar la calidad y elevar la producción.

1.2.2 Objetivos específicos
 Determinar la instrumentación necesaria para el control automático del proceso
de formación de rodillos.
 Realizar la implementación del diseño obtenido en base de los análisis realizados
para la automatización del proceso.
 Implementar el software para reducir al mínimo el tiempo de producción.
 Realizar un estudio comparativo entre el proceso de revestimiento manual y
automático para determinar el impacto de la acción realizada sobre el proceso
productivo.

1.3 Justificación
Alfiza Revestimientos Industriales, es una empresa del cantón Quito, cuya actividad
principal es el revestimiento de rodillos con polímeros para máquinas gofradoras de
papel y la industria en general. En la actualidad realiza este proceso de manera
manual, lo que implica la dependencia directa del factor humano el cual varía
dependiendo del avance de la jornada laboral, por lo que la productividad de la planta
se ve reducida en su capacidad instalada.

Por lo antes expuesto, el presente proyecto pretende elevar de manera significativa la
producción y la calidad del producto final, al controlar la velocidad de giro del
mandril de un torno y la velocidad lineal del charriot donde se alojará una extrusora
que permitirá colocar caucho sobre el eje de una manera más rápida, disminuyendo
el tiempo del proceso y asegurando un ambiente idóneo y libre de accidentes.

CAPÍTULO 2
ANÁLISIS DE FACTORES DEL PROCESO

Considerando al caucho como el elemento principal para el desarrollo del presente
trabajo se muestra una pequeña reseña de sus orígenes, propiedades y su
procesamiento para que pueda ser utilizado de manera industrial.

2.1 Polímeros

Haciendo referencia a los orígenes mismos de la tierra, la naturaleza
se valía de polímeros naturales como el ADN y el ARN para hacer
posible el desarrollo de la vida, estas sustancias se encuentran
ampliamente difundidas hasta la actualidad en elementos como la
ceda, el cabello, el almidón y la celulosa. (Foro, 2016)

“Un polímero se llama a una macromolécula formada por la unión de moléculas más
pequeñas llamados monómeros” (Curso Tecnología del Caucho Online, 2013).
Incluyen los siguientes 3 grupos de materiales usados comercialmente para la
fabricación de multitud de artículos:

 Cauchos
 Plásticos
 Fibras

2.2 Caucho Natural

Desde mucho antes de la llegada de los españoles a América el
cautchouc, o "árbol que llora" era empleado por los aborígenes de las
regiones Centro y Sur Americanas para diversas aplicaciones como la
impermeabilización del calzado y la fabricación de distintos objetos
como pelotas utilizadas de manera especial en juegos ceremoniales
(Curso Tecnología del Caucho Online, 2013).

Uso del Caucho en la antigüedad
Figura 1. Actividad deportiva en la antigüedad
Fuente: (Curso Tecnología del Caucho Online, 2013)

El caucho es un polímero natural, cuya arquitectura molecular está conformada por
átomos de carbono e hidrógeno, es producido metabólicamente por un árbol
originario del nordeste brasileño llamado Hevea Brasiliensis. El látex extraído de las
plantaciones es la única fuente comercial que posee, para que pueda ser utilizado de
manera industrial se le debe extraer el agua y coagularlo a través de su reacción al
ácido fórmico.
En la actualidad el sureste asiático es la región que predomina en su producción
alrededor mundo y en el Ecuador la región de Santo Domingo de los Tsáchilas es la
que posee la mayoría de las plantaciones.

Extracción del Caucho
Figura 2. Método extracción del caucho
Fuente: (Curso Tecnología del Caucho Online, 2013)

Durante muchos años su utilización fue muy escasa debido a que sus propiedades
dependían de las condiciones climáticas así por ejemplo con el calor se torna
pegajoso y con el frio excesivo rígido y quebradizo, esto hasta que en 1839 Charles
Goodyear por accidente inventó la vulcanización, los indígenas mesoamericanos
utilizaban una combinación de savias para obtener una vulcanización empírica que
mejoraba las propiedades del látex , con el tiempo se identificaría las savias como
portadoras de sulfuros apoyando la vulcanización de Goodyear.

El proceso de vulcanización consiste el exponer al caucho natural en presencia de
azufre a temperaturas elevadas generalmente 150ºC. Produciendo de esta manera
puentes o vínculos entre las cadenas moleculares del caucho por los átomos de
azufre, aumentando y potencializando significativamente todas sus propiedades,
permitiendo su utilización de manera industrial.

Su propiedad más importante es la elevada elasticidad que posee, es
un material capaz de experimentar deformaciones considerables bajo
esfuerzos relativamente débiles y recuperar rápidamente la forma y
dimensiones originales cuando deja de actuar la fuerza deformante,

restituyendo la energía almacenada durante la deformación (Royo,
2015).

Una vez vulcanizado tiene muchas y diferentes propiedades que dependen de la
composición química del compuesto del que hace parte, pero mencionaremos las
principales:

 Resistencia a la tensión
 Resistencia al desgarro
 Resistencia al agua
 Excelente adhesión a metales y tejidos
 Excelente aislante eléctrico
 Alta resiliencia
 Mala resistencia al aceite y gasolina
 Mala resistencia a los aceites animales y vegetales

2.3 Revestimiento de rodillos con caucho

El incremento en la demanda de productos ha llevado a que la gran mayoría de ellos
sean manufacturados en serie, por lo que moverlos a través de bandas transportadoras
dentro de las líneas de fabricación es una tarea muy importante , de igual manera la
conversión de bobinas de papel higiénico virgen en el pequeño rollo del que se
dispone en casa o la impresión de un diseño ya sea en papel o en plástico son algunas
de las tareas realizadas por rodillos, ejes también llamados cilindros que poseen un

revestimiento de alguna clase de polímero pudiendo ser este caucho silicona o
poliuretano.
Revestimiento de rodillos
Figura 3. Revestimiento de rodillos con caucho
Fuente: (Sytrans, 2015)
Ya sea por el uso cotidiano o incluso por alguna falla del operador los recubrimientos
cumplen con su vida útil, al ser parte de un solo elemento dentro de la máquina este
desgaste deja en desuso la parte metálica del rodillo, Alfiza Revestimientos
Industriales se encarga de colocar un nuevo polímero sobre las piezas metálicas
devolviéndole así su funcionalidad.

Para cumplir con las exigencias del mercado Alfiza ha desarrollado sus propias
formulaciones dependientes del trabajo que desempeñe el rodillo, estas son
realizadas en un mesclador abierto comúnmente llamado molino, el que permite
adicionar al caucho diferentes productos químicos que mejoran las propiedades de la
base. Una vez lista la mezcla se coloca el polímero sobre el eje metálico que
previamente paso por un tratamiento físico-químico de limpieza, se envuelve el
rodillo de una manera empírica basados en la utilización de elementos y herramientas
manuales que aseguren la calidad requerida. Posterior a eso es sometido, dentro de
un autoclave, a presión y temperatura constantesdurante un tiempo para que la
vulcanización se realice en todo el volumen de caucho adicionado al rodillo. El
último paso dentro de las instalaciones de Alfiza antes de volver a su máquina

originaria, es la rectificación, proceso en el que se dan las medidas especificadas por
el cliente.
Revestimiento del eje metálico con caucho
Figura 4. Revestimiento manual del eje metálico con caucho
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

2.3.2 Pre proceso, proceso y post proceso en planta

Debido al recubrimiento original es necesario retirar los excedentes de polímero
permitiendo llegar al sustrato metálico sobre el que se deposita el nuevo
revestimiento, la superficie debe encontrarse libre de cualquier impureza como
residuos del revestimiento anterior, grasa o aceite para recibir los pegantes por lo que
se realiza una exhaustiva limpieza mecánica - química.
Limpieza de residuos en rodillos
Figura 5. Limpieza de residuos de caucho en el eje metálico
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo
Paralelamente en el molino abierto se da el espesor determinado a la mezcla de
caucho con los productos químicos dejando lista una plancha de mezcla que se

adhiere al eje empleando herramientas manuales y la experiencia del operador. El
mismo procedimiento se repite hasta completar la longitud y el espesor requerido.

Elaboración del caucho en molino
Figura 6. Espesor del caucho en el molino y corte del exceso en el rodillo
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Debido a que el caucho sin vulcanizar no posee características útiles para la industria
se lo somete a presión y temperatura dentro del autoclave para que, a través de la
energía proporcionada, se produzcan los enlaces necesarios para brindar las
propiedades requeridas y pueda ser manipulado para su posterior rectificación a las
medidas solicitadas por el diseño de la máquina o el cliente.
Vulcanización de un rodillo
Figura 7. Proceso de vulcanización de un eje metálico con caucho
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Rectificación del eje revestido con caucho
Figura 8. Rectificación del revestimiento de caucho
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

CAPÍTULO 3
HARDWARE Y SOFTWARE

3.1 Hardware

La calidad del revestimiento se ve afectado directamente por variables tales como la
dureza de la mezcla, la experiencia y estado físico del operador incluso el clima
puede interferir en el proceso de revestimiento manual, ya que un enfriamiento muy
rápido de la lámina a colocar ocasiona que el operador se esfuerce más para evitar la
separación entre las capas.

Considerando las variables descritas y la experiencia de los operadores se determina
que un proceso de extrusión sería el adecuado para la provisión de material para el
revestimiento, de esta manera, se tiene una alimentación constante de material con
una geometría dada que permita con un poca de presión, la uniformidad en el espesor
del material que se va colocando a lo largo del rodillo.

3.1.1 Extrusión

La extrusión de polímeros es un proceso mecánico, en donde se
realiza una acción de prensado, moldeado, que por flujo continuo con
presión y empuje, se lo hace pasar por un molde encargado de darle la
forma deseada. El polímero precalentado es forzado a pasar a través
de una boquilla, por el empuje generado por la acción giratoria de del
http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero
http://es.wikipedia.org/wiki/Empuje

tornillo que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas
controladas llamada cañón (Wikipedia, 2015).
Esquema del proceso de extrusión
Figura 9. Corte lateral del interior de una extrusora
Fuente: (Educarex, 2015)

3.1.1.1 Extrusora

La extrusora es una máquina mecánicamente acoplada a un motor eléctrico que
permite el mezclado y transporte de un material generalmente termoplástico desde el
inicio hasta la parte final o boquilla en la que se da la forma deseada al material.
(Curso Tecnología del Caucho Online, 2013)
Una extrusora cuenta con cuatro partes principales:
1. Motor eléctrico: Proporciona el movimiento rotacional al tornillo para su
funcionamiento.
2. Tornillo: De paso amplio y uniforme que permite el transporte del material
para ser extruido.
3. Cilindro: Comúnmente llamada botella, se trata de un tubo metálico con una
perforación a lo largo de su longitud en la cual se aloja el tornillo.
4. Boquilla: Es el elemento final de una extrusora que permite otorgar la
geometría deseada al material extrudado.

Esquema de una extrusora
Figura 10. Esquema de la estructura interna de la extrusora
Fuente: (FYQ, 2012)

Para el desarrollo del proyecto se seleccionó como la geometría de la banda a
colocarse un romboide de las siguientes dimensiones:
 Longitud de la base: 2,5 cm
 Altura: 1 cm
 Angulo de inclinación: 60º
Esta consideración se la realizó basado en el movimiento helicoidal, que debe
realizar el perfil de caucho, para ser depositado en la superficie de manera uniforme,
y la experiencia de los operadores, asegurando así mayor superficie de contacto para
evitar el aparecimiento de burbujas de aire.

Forma del perfil de caucho

Figura 11. Forma del perfil de caucho
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo
2.5 cm
1 cm
60º

3.1.1.2 Velocidad de aporte

Es la velocidad con la que la extrusora entrega el material para ser colocado en el eje,
depende de la viscosidad del material y temperatura del cilindro de la extrusora.

De forma experimental se determinan las velocidades de aporte de los cauchos más
usados por la empresa basándose en la dureza que estos presentan posterior a la
vulcanización.

Tabla 1. Velocidad de aporte asociado a la dureza del caucho
Dureza del caucho (°Sh”A”) Velocidad de aporte (cm/min)
45-55 300
55-65 270
65-75 240
75-85 200
Nota: Tabla de velocidad de aporte según la dureza del material
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tomando en consideración lo descrito se calcula un tiempo aproximado de envoltura
de un rodillo de las siguientes medidas:

 Longitud útil: 200 cm
 Diámetro del eje: 20 cm
Cálculo:
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 = 2𝜋𝑟 Ecuación 1
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 = 2𝜋(10𝑐𝑚) = 62,832 𝑐𝑚 ≅ 63,0 𝑐𝑚

𝑉𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑢𝑏𝑟𝑖𝑟 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 =
200 𝑐𝑚
2,5 𝑐𝑚
= 80 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 = 240 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛
𝑑 = 𝑣𝑡 Ecuación 2
𝑡 =
𝑑
𝑣

𝑡1𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎 =
63 𝑐𝑚
240 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛
. = 0.2625 𝑚𝑖𝑛
𝑡80𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 = 0.2625 ∗ 80 = 21 𝑚𝑖𝑛

3.1.2 Colocación del material sobre los cilindros metálicos

Considerando como constante la velocidad de aporte del material desde la extrusora,
debe relacionarse para la colocación de la banda de polímero sobre el eje metálico
los movimientos rotacionales del mandril, que es un tipo especial de prensa ubicada
en el cabezal del torno, y lineal del charriot, que es el carro que se desliza de manera
axial sobre la bancada del torno y donde se ubican las herramientas.

3.1.2.1 Relación de movimientos rotacional y lineal

Para que el material sea colocado, de manera que asegure su uniformidad, se
requiere de una relación directamente proporcional entre la velocidad angular del
mandril del torno y la velocidad lineal del charriot en donde se encuentra alojada la
extrusora que proporciona el caucho con la forma dada en la Figura 3.

3.1.2.2 Movimiento rotacional

Un torno tradicional posee un mandril en el que las piezas son colocadas de manera
que giran a una velocidad establecida mecánicamente por la relación dentro de una
caja de transmisión propia de él, para el desarrollo del proyecto esta estará fijada a 50
Rev/min.

Torno Industrial

Figura 12. Torno industrial
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.1.2.3 Movimiento lineal

El charriot posee un acople mecánico que permite el movimiento axial sobre la
bancada del torno de una manera automática y dependiente de la velocidad angular
del mandril. Por los requerimientos de independencia en el movimiento rotacional y
lineal, ha sido desacoplado mecánicamente de la transmisión original y acoplado a un
motor reductor que permite su movimiento independiente en función de las
dimensiones del rodillo.

3.1.2.4 Cálculo de velocidades

Al tratarse de un diseño en donde los cilindros a revestirse no poseen el mismo
diámetro, se requiere calcular velocidades tanto de giro del mandril como del avance
del charriot en función del diámetro que posee el rodillo posterior al proceso de
limpieza.

3.1.2.5 Velocidad rotacional

Basado en la consideración de diámetros distintos y velocidad de aportación
constante, en cada material, se determina la fórmula para el cálculo del giro en el
mandril y su respectiva equivalencia en las revoluciones del motor que genera el
movimiento así:

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜
𝑉𝑎 = 𝜔 ∗ 𝑟 Ecuación 3
𝜔 =
𝑉𝑎
𝑟

En donde 𝜔 es la velocidad angular que debe tener el rodillo considerando la
velocidad de aporte del material.
Esta velocidad angular al pasar por la transmisión mecánica propia del torno
experimenta un aumento con relación constante en cada una de sus marchas hasta
llegar al motor, estas relaciones se detallan en el siguiente cuadro.

Tabla 2. Relaciones en factor de aumento de velocidades
angulares entre marchas

Marcha

Relación Transmisión (%)
1ra 37
2da 21
3ra 8

Nota: Relaciones en aumento de velocidades angulares
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Se realizan todos los cálculos basados en la primera marcha debido a que esta
proporciona mayor fuerza inicial para vencer la inercia en el rodillo estático.

3.1.2.6 Velocidad lineal

Está en función del diámetro del rodillo y la velocidad de aporte de material, se
determinada de la siguiente manera:

𝑉𝑎 = 𝑑 ∗ 𝑡 Ecuación 4
𝑉𝑎 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒
𝑑 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑎 = 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜
𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑑𝑎𝑟 𝑢𝑛𝑎 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎
𝑡 =
𝑉𝑎
𝑑
Ecuación 5
𝑡 =
𝑉𝑎
2∗𝜋∗𝑟
Ecuación 6

Considerando el avance longitudinal por vuelta como el ancho de la banda de caucho
se determina la velocidad lineal del charriot usando la siguiente ecuación:

𝑉𝑙 = 𝑑 ∗ 𝑡

El tiempo que demora en recorrer el perímetro del cilindro es el mismo tiempo que
debe avanzar longitudinalmente el ancho de la banda proporcionada por la extrusora
entonces:

𝑑 = 𝑘 = 2,5 𝑐𝑚
𝑡 =
𝑉𝑎
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟

𝑉𝑙 = 𝑑 ∗ 𝑡
𝑉𝑙 = 𝑘 ∗
𝑉𝑎
2∗𝜋∗𝑟
Ecuación (3.7)

En donde 𝑉𝑙 es la velocidad lineal del charriot en función del diámetro del rodillo.
Esta velocidad es transformada en revoluciones del motor, a través de la transmisión
y el motor reductor que está conectado al motor eléctrico, pasando a un valor de
frecuencia al multiplicarse por un factor constante de 104.5 obtenido de manera
experimental.

3.1.3 Dimensionamiento eléctrico

Los elementos actuadores para el sistema son motores trifásicos razón por lo que es
necesario un diagrama eléctrico que garantice el funcionamiento bajo las siguientes
características:

 Tiempo de funcionamiento de 8 horas diarias
 Protección sobre corriente.
 Rango de ingeniería del 20%

El diagrama eléctrico se encuentra al detalle en el Anexo 1.

Un dimensionamiento errado puede ocasionar grandes pérdidas económicas e
incluso daños a las personas. Por lo que las consideraciones para la elección de cada
uno de los equipos se describen a continuación.
Tabla 3. Descripción dimensionamiento eléctrico
Identificación Equipo Descripción
1 Disyuntor
Magnético Térmico
(Breaker)
El circuito de fuerza exige una corriente que permita el
funcionamiento de los motores y como parte del sistema de
protección se ha elegido un Breaker de 50 A.
2 Relés Auxiliares Las señales de control de 24 V activan las bobinas
auxiliares que en sus contactos normalmente abiertos
poseen la tensión requerida para la energización de la
bobina de un contactor.
7 Contactores Interrumpen o permiten el paso de corriente al circuito
donde estén conectados.
8 Guardamotor Un guardamotor es un interruptor magneto térmico,
especialmente diseñado para la protección de motores
eléctricos.

Nota: Tabla descripción del dimensionamiento eléctrico
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

https://es.wikipedia.org/wiki/Interruptor_magnetot%C3%A9rmico
https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico
https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

Tabla 4. Dimensionamiento de contactores
Ubicación
motor
Potencia
del motor
(HP)
Corriente
Nominal (A)
Corriente
Calculada*
(A)
Contactor
(A)
Torno 10 27 32,4 40
Charriot 1 3,5 4,2 5
Extrusora 3 8,7 10,44 10
* Corriente Nominal x Factor de Seguridad (20%)

Nota: Tabla dimensionamiento de contactores
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.1.4 Dimensionamiento electrónico

Esta parte del sistema no contempla el diseño o fabricación de circuitos electrónicos
sino, más bien la correcta utilización de equipos para realizar el control del proceso y
sus elementos principales, los motores.

Considerando la variación de velocidad angular que deben tener los motores, así
como los cálculos a realizarse se determina que los equipos idóneos para estas tareas
son un controlador lógico programable (PLC), y dos variadores de frecuencia (VDF).

Los valores digitales para el control de abastecimiento de material y culminación del
ciclo provienen de un sensor ópticoy magnético respectivamente ubicados en lugares
estratégicos para la toma de señales, el valor análogo que permite establecer el
espesor del revestimiento para el control de las velocidades se ubica de manera

perpendicular sobre el rodillo enviado los datos hacia el PLC a través de un módulo
adicional que se encarga de la recepción y conversión análoga-digital, para su
utilización en el programa. De la misma manera se emplea un módulo de
comunicaciones para intercambiar datos con los variadores de frecuencia.

Para facilitar el uso del sistema se requiere un interfaz gráfico y amigable con el
usuario, que se obtiene al emplear una pantalla táctil tanto para la visualización como
para el ingreso de datos en el sistema.

Tabla 5. Descripción dimensionamiento electrónico
Identificación Equipo Descripción
3 Módulo de expansión FX3G-
CNV-ADP
Este permite el funcionamiento normal tanto
de los módulos analógicos y de
comunicación.
4 Módulo de comunicaciones
FX3U-485ADP-MB
Permite la comunicación utilizando un
protocolo RS-485.
5 Controlador lógico
programable (PLC)
Para la automatización se utiliza un autómata
Mitsubishi FX-3G 14 MR, ya que es modular
permitiendo expandirlo en base de los
requerimientos del sistema.
6

Modulo análogo digital FX3u-
4AD
Se lo utiliza para digitalizar el cambio de
espesor de la banda de caucho al momento de
la envoltura.
9 Variador de Frecuencia (VDF) Se han utilizado dos variadores de frecuencia
para cambiar la velocidad angular de los
motores y que puedan ser controlados desde
el HMI o desde el mando manual.

10 Interfaz Humano Máquina
(HMI)
Para un interfaz amigable se ha colocado una
pantalla de 4,3” marca Kinco la cual fue
programada para un manejo rápido y sin
complicaciones.
11 Selector Permite escoger entre los modos de
funcionamiento manual y automático.
12 Pulsador de Emergencia Ante cualquier eventualidad se dispone de un
pulsador que bloquea y apaga el circuito de
fuerza con la finalidad de proteger la
integridad física del operador.
13 Chicharra Alarma que se activa al momento de iniciar y
finalizar el proceso del revestimiento.
14 Potenciómetros Para la variación de la velocidad de los
motores es necesario incluir potenciómetros
lineales de 5 KΩ a 10 KΩ con un máximo de
10 vueltas para que generen voltaje DC
variable que sirva de referencia para el
variador de frecuencia.
15 Pulsadores A través de pulsadores se puede accionar o
apagar al proceso de forma manual.
16 Sensores Para el sistema se ha utilizado 3 sensores:
ultrasónico, óptico y magnético, ubicados
estratégicamente como lo indica la figura 2.5
C.
Estos sensores tienen la finalidad de obtener
datos que permitan que la envoltura sea
uniforme y que el proceso termine sin generar
desperdicio de material.
Nota: Tabla Descripción Dimensionamiento Electrónico
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Dimensionamiento Eléctrico y Electrónico

( a )

( b )
1

5 4 3
7
2
8
6
9
10
11
12
13
14
15

( c )

Figura 13. Identificación de elementos para el dimensionamiento eléctrico y electrónico, a) Cuadro de
control referido a la tabla 3 y 4, b) Tapa frontal referida a la tabla 4, c) Ubicación de sensores referidos
a la tabla 4
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.1.5 Comunicación

Los equipos Mitsubishi poseen una gama amplia de opciones para comunicarlos, de
las cuales el escoger una depende de las condiciones de funcionamiento, distancias y
seguridad en el envío de datos. Bajo estas premisas se establece como protocolo de
comunicación entre PLC y HMI a una comunicación serial tipo RS-422, debido a
que ésta permite una comunicación hasta los 12 m a una velocidad de 10 Mbps.
Siendo altamente inmune al ruido debido a la utilización de una transmisión
diferencial y cable de tipo par trenzado.

Ahora, debido a que el PLC y los variadores de frecuencia pertenecen a una misma
marca comercial se utiliza un protocolo propio denominado Comunicación al
inversor (Inverter Communication) que está basado en un estándar RS-485.
16

La comunicación al inversor permite la conexión entre un PLC de serie FX y hasta
ocho variadores de frecuencia para monitorear las operaciones de estos, acepta varios
comandos el variador que permiten leer y escribir parámetros a través de la
comunicación vía RS-485. (Mitsubishi, 2013)

La distancia total que permite este protocolo es de un máximo 500 m. si el sistema
está configurado con un módulo 485-ADP.

3.2 Software

La implementación con equipos programables requiere la utilización de software
apropiado para describir las instrucciones que desarrollan, las operaciones requeridas
por el sistema. Este software es proporcionado por el fabricante del equipo, es así
que, para la programación del PLC se utiliza Gx-Developer y para el desarrollo en la
pantalla táctil el software HMI Ware - EV-5000.

3.2.1 Programación del PLC

Las acciones de control sobre los actuadores se derivan de parámetros seteados como
la velocidad de aporte, el diámetro, la longitud y eventos suscitados durante el
funcionamiento del sistema como la reducción, por estiramiento, en la medida del
espesor de la banda de caucho colocada o la falta de material para el revestimiento.
La selección de la acción a realizarse se establece por la compilación continua del
programa ejecutado en el PLC.

Varias funciones son de principal interés para el desarrollo del software del proceso
así:
 Modo de funcionamiento
 Arranque de variadores
 Paro variadores
 Asignación de valor de frecuencia
 Obtención de valores análogos

3.2.1.1 Modo de funcionamiento del variador

Puede variar según se necesite entre PU que permite la utilización del panel propio
del variador, EXT que modifica valores con mandos remotos empleando pulsadores
y potenciómetros y NET que realiza acciones según los comandos activados desde el
plc.

El proyecto únicamente utiliza dos de los modos mencionados, el modo EXT y el
modo NET.

Activación modo NET

Figura 14. Líneas de comando en la activación modo NET
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Activación modo EXT

Figura 15. Líneas de comando en la activación modo EXT
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 6. Comandos configuración variadores de frecuencia
Comando. Descripción.
IVDR Comando escritura en VDF
K# Numero de estación de trabajo
HFD Reset VDF
HFB Instrucción para selección modo de funcionamiento.
H# 0 NET; 2 EXT
K# Canal de comunicación utilizado.
Nota: Descripción de los comandos de configuración VDF
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.2.1.2 Arranque de variadores

El arranque puede ser en sentido horario o anti horario colocando el valor H2
(horario) o H4 (Anti horario) en la instrucción H0FA del variador.

Arranque de variador sentido horario

Figura 16. Comando arranque variador sentido horario
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Arranque de variador sentido anti horario

Figura 17. Comando arranque variador sentido anti horario
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 7. Instrucciones de arranque VDF
Comando Descripción
IVDR Comando escritura variador.
K# Numero de estación de trabajo.
HFA Instrucción de arranque
H# 2-Sentido horario; 4-Sentido Anti horario.
K# Canal de comunicación utilizado.
Nota: Instrucciones de Arranque para los VDF
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.2.1.3 Paro de variadores
Detener la marcha de un variador se consigue activandola instrucción H0FA en un
valor de cero (0).

Paro de variadores

Figura 18. Comando paro de variadores
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 8. Instrucción de comunicación y paro del VDF
Comando. Descripción.
IVDR Comando escritura variador.
K# Numero de estación de trabajo.
HFA Instrucción de arranque.
H0 Paro del variador.
K# Canal de comunicación utilizado.
Nota: Instrucción de comunicación y paro del VDF
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.2.1.4 Asignación de valores de frecuencia

Una vez puesto en marcha, el variador requiere de un valor de frecuencia para
trabajar, este valor puede ser introducido directamente o a través de un registro.

Asignación de valores de frecuencia

Figura 19. Comando asignación valores de frecuencia
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 9. Asignación valor de frecuencia
Comando Descripción
IVDR Comando escritura variador.
K# Numero de estación de trabajo.
HED Instrucción de asignación de valor de frecuencia
D# Registro de él que proviene el valor a asignar. Paro del variador
K# Canal de comunicación utilizado.
Nota: Comando de asignación de frecuencia en los VDF
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.2.1.5 Obtención de valores análogos

Las variaciones en el espesor del caucho se adquieren del proceso a través del sensor
ultrasónico, estas señales son de naturaleza análoga y para ser procesadas por el PLC
son convertidas a señales digitales por el modulo análogo-digital, utilizando las
siguientes líneas de programación.
Configuración Módulo Análogo

Figura 20. Comando configuración módulo análogo
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 10. Comando dirección módulo especial y memoria buffer
Comando Descripción
To Instrucción de escritura en módulo análogo.
K# Dirección del módulo especial.
K# Memoria buffer
H#### Modo de entrada para los canales análogos.
K# Canal de comunicación utilizado.
From Instrucción de escritura en PLC desde el modulo análogo
Nota: Comando dirección módulo especial y memoria buffer
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Obtención de datos módulo análogo

Figura 21. Comando para obtención de datos
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 11. Instrucción para registros transmitidos
Comando Descripción
K0 Dirección del módulo especial
K10 Memoria Buffer
D1 Dirección del registro de memoria
K# Número de registros transmitidos
From Instrucción de escritura en PLC desde el modulo análogo
Nota: Instrucción para registros transmitidos
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.3 Configuración de parámetros del Variador

La configuración del variador se la realiza en función de su modo de operación ya
sea este EXT (Externo), NET (Red) o PU (Panel).
El modo PU queda descartado en el proyecto por tratarse de una operación de
mandos remotos.

3.3.1 Modo EXT (Externo)

Conjuntamente con el modo de funcionamiento se asigna la función de mandos por
pulsadores en configuración de tres hilos y se asigna al terminal físico RL, que
originalmente sirve para receptar la señal de activación de valor mínimo de
frecuencia en el modo multi-speed del VDF, la función stop colocando el número
“25” en el parámetro 180 del variador.

Diagrama de conexión mando por pulsadores a tres hilos

Figura 22. Diagrama de conexión mando por pulsadores a tres hilos
Elaborado: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Adicional deben configurarse los terminales de arranque en sentido horario y
arranque en sentido anti horario asignando los valores que se muestran en la
siguiente tabla.

Tabla 12. Configuración de terminales de arranque y stop
Parámetro. Nombre. Valor. Descripción.
178 STF 60 Activa arranque en sentido horario
179 STR 61 Activa arranque en sentido anti-horario
180 RL 25 Asigna la terminal física RL como terminal de
STOP
250 STOP 9999 Activa Stop
Nota: Tabla de configuración de terminales de arranque y stop
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Para la variación de la frecuencia se conecta un potenciómetro lineal de 5K entre los
terminales 2, 5 y 10 del variador como lo muestra la figura 22, además se asigna las
unidades de entrada con el switch físico ubicado bajo las terminales descritas, el
rango de trabajo se lo establece entre 0v – 5v, para aprovechar la fuente interna del
VDF, colocando el valor de “1” en el parámetro número 73 del variador.
Diagrama conexión de potenciómetro

Figura 23. Diagrama conexión de potenciómetro
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.3.2 Modo NET (Red)

Adicional a la programación para modo EXT debe configurarse ciertos parámetros
en el variador que permitan la comunicación del variador de frecuencia con el PLC,
estos valores deben cambiarse antes de la comunicación pues una vez iniciada
podrían producirse fallas de operación.

Tabla 13. Configuración comunicación con variador – PLC
Parámetro. Nombre Valor. Descripción.
79 Selección del modo de
operación
2 Permite cambiar entre los
modos de operación externo y
de red (NET).
117 Numero de la estación
de trabajo
0/1 Numero del o los inversores
conectados desde 00 hasta 31.
118 Velocidad de
comunicación
192 Velocidad de transmisión
1.92 KBPS
119 Cantidad de bits de Stop. 10 1 bit de Stop
120 Paridad 2 Paridad par.
122 Tiempo de verificación
de la comunicación
9999 Sin verificación de la
comunicación (detección de
pérdida de señal)
123 Asignación de tiempo de
espera en la
comunicación
9999 Asignado en los datos de la
comunicación.
340 Selección modo de inicio 0 Según lo establecido en el

de la comunicación parámetro 79.
549 Selección del protocolo 0 Protocolo de comunicación al
inversor de Mitsubishi
Nota: Configuración comunicación con variador -PLC, Manual Mitsubishi, 2013
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

3.4 Modos de funcionamiento del sistema

La automatización del proceso tiene dos modos de funcionamiento, manual y
automático, en los que el accionamiento de los actuadores se realiza de una manera
rápida y sencilla ya sea mediante el uso de pulsadores físicos y potenciómetros o a
través de una pantalla táctil.

3.4.1 Modo Manual

El funcionamiento manual, permite la operación del sistema mediante el uso de
pulsadores que accionan los sentidos de giro y arranque de los actuadores.
La frecuencia para variar la velocidad de los motores se obtiene de 2 VDF y se
regula mediante potenciómetros de precisión conectados como se muestra en la
figura 23, de igual manera se puede accesar de forma manual a las funciones
mencionadas a través del HMI.

3.4.2 Modo Automático

Permite desarrollar el recubrimiento con caucho sobre un eje metálico, registrando
los valores de diámetro, longitud y velocidad de aporte en las pantallas habilitadas en
el HMI , estos datos son almacenados y utilizados en el PLC para determinar los

valores de frecuencia a escribirse en los VDF, una vez iniciado el proceso los
sensores receptan los datos de espesor de la banda de caucho colocada, presencia de
material para aumentar o disminuir la velocidad angular en el motor que mueve el
cabezal del torno. Finalmente el sensor óptico ubicado en el piñón principal del
charriot registra el avance longitudinal a través de un algoritmo que relaciona elnúmero de vueltas del piñón y la longitud que el operador registró en el inicio del
proceso.

3.4.3 Diagramas de flujo
Diagrama de Flujo de la automatización del Proceso

Figura 24. Diagrama de flujo de la automatización del proceso
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Inicio
Elección del
modo de
operación
Manual Automático
Fin

Diagrama de flujo modo de operación manual

Figura 25. Diagrama de flujo modo de operación manual
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

On-Off
Extrusora
Avance del
Charriot
Arranque y giro
del cabezal del
torno
Encendido
Potenciómetro
variador tablero
Potenciómetro
variador tablero
Fin

Inicio
HMI

HMI
HMI Pulsadores
tablero

Diagrama de flujo modo de operación automático opción envoltura de ejes

Figura 26. Diagrama de flujo operación automático
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo
Avance Charriot
Encendido Extrusora
Giro del cabezal del torno
Espesor está en rango

Fin
Cálculos PLC
Presencia material Stop
No
Si
Llego al # de vueltas
Encendido
Si
No Cálculos
No
Inicio
ON
No
Si
Ingreso de datos
Valores iniciales
Repetir
No
Si

CAPÍTULO 4
ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE LOS PROCESOS TRADICIONAL Y
AUTOMÁTICO

El desarrollo de este capítulo permite establecer las ventajas y desventajas del
sistema, al realizar una comparación entre la manera tradicional de colocar polímeros
sobre ejes metálicos y el proceso automatizado, y por consiguiente se establecen las
conclusiones y recomendaciones luego de la implementación del sistema automático.

4.1 Proceso tradicional

Para los procesos tradicionales de envoltura se requiere la utilización de herramientas
y equipos artesanales que exigen un gran esfuerzo físico, limitando y atando a la vez
la producción de la planta al rendimiento físico del operador.
Otro factor a considerar dentro de este proceso es la experiencia y la habilidad
obtenida por el operador de manera empírica durante el transcurso de su vida laboral,
permitiendo que únicamente puedan ejecutar el revestimiento personas que llevan
mucho tiempo realizando esta actividad.

4.2 Proceso automático

La automatización del proceso de revestimiento de ejes con polímeros, permite
reducir la dependencia de personal altamente experimentado para realizar el trabajo,
el esfuerzo físico se reduce notoriamente no solo en la cantidad de fuerza que se

debe emplear para realizar el recubrimiento, sino también en la cantidad de tiempo
que se utiliza para obtener el mismo resultado que con el proceso tradicional.

4.3 Comparación entre procesos tradicionales y automáticos

Los datos para la comparación entre los sistemas tradicional y automático se
obtuvieron de un censo realizado al personal operativo de Alfiza Revestimientos
Industriales así como también de pruebas de funcionamiento en diferentes tipos
rodillos y documentos facilitados por la administración.
El censo estuvo estructurado con preguntas sobre el proceso de envoltura de forma
automática y manual, permitiendo establecer las ventajas y desventajas que
presentan entre ellas. Las respuestas obtenidas son apreciaciones de los operadores,
calificadas de forma cualitativa utilizando la siguiente ponderación:
1. Muy bajo
2. Bajo
3. Medio
4. Alto
5. Muy alto
Una copia del censo y la tabulación de los datos se encuentran en los anexos N. 2 y
N.3 respectivamente.

4.3.1 Experiencia

La experiencia y la habilidad juegan un papel fundamental en el proceso ya que una
persona sin ésta muy difícilmente puede realizar el revestimiento de manera
tradicional, la automatización permite que personal sin mucha experiencia pueda
utilizar los equipos y desarrollar el revestimiento sin mayor complicación.
Sobre la complejidad de la utilización del sistema automatizado y un proceso
tradicional se obtuvieron los siguientes datos en las preguntas N. 1 y N. 9 (Anexo 2)
del censo aplicado.
Tabla 14. Dificultad de proceso revestimiento manual y automático
Operador Experiencia(años) Manual Automático
1 0-2 5 2
2 2-4 3 1
3 6-8 1 1
Nota: Dificultad unión capas caucho revestimiento manual
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Dificultad de operación del proceso vs experiencia

Figura 27. Dificultad de operación del proceso vs experiencia
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo
0-2 2-4 6-8
P.Tradicional 5 3 1
P.Automatizado 2 1 1
-2
0
2
4
6
8
D
if
ic
u
lt
ad
d
e
o
p
er
ac
ió
n
Experiencia
Dificultad de operación del proceso vs
Experiencia

De la gráfica se observa que no existe una relación entre la experiencia y el manejo
del proceso automático, como sucede con el proceso tradicional en el que a mayor
experiencia se reduce el nivel de dificultad para el operador.

4.3.2 Esfuerzo físico

Durante la realización del revestimiento utilizando un proceso tradicional el operador
requiere hacer presión para adherir la plancha de caucho al eje (Figura 28 a), en
cambio en el sistema automático la presión la realiza una herramienta de manera
uniforme (Figura 28 b).

Presión aplicada en los proceso de revestimiento tradicional

(a) (b)
Figura 28. Imagen de la aplicación de presión; a) Proceso tradicional b) Proceso automático
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo
En las preguntas N.2 y N.10 del censo (Anexo 2) se consultó sobre el nivel de fuerza
que se aplica al realizar el revestimiento con cada uno de los procedimientos, los
resultados se muestran en la tabla 2.

Tabla 15. Valor del esfuerzo físico del revestimiento en los procesos
Operador Experiencia(años) Manual Automático
1 0-2 5 2
2 2-4 4 2
3 6-8 5 1
Nota: Valor del esfuerzo físico del revestimiento en los procesos
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Los datos del censo indican que durante la utilización del proceso tradicional se
realiza un alto grado de fuerza, de forma contraria, al usar el procedimiento
automático el nivel de fuerza disminuye, permitiendo que el operador esté en
condiciones de realizar nuevamente el mismo trabajo, así se observa en las respuestas
a las preguntas N.3 y N.12 (Anexo 2).

Tabla 16. Dificultad de repetición del trabajo
Operador Experiencia(años) Manual Automático
1 0-2 4 2
2 2-4 3 2
3 6-8 3 1
Nota: Dificultad de repetición del trabajo
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

4.3.3 Cantidad de personas necesarias para realizar el recubrimiento

La cantidad de personas necesarias para realizar el revestimiento de forma tradicional
varía dependiendo de la dureza del caucho, como lo expresan las respuestas a las
preguntas N.4 y N.13 (Anexo 2), pues la dureza del material es directamente
proporcional a la fuerza necesaria para adherir el polímero al eje, variando desde 2
personas hasta 4 con cauchos de dureza 75-80° SH”A”.

Tabla 17. Influencia de la dureza del compuesto de caucho en la fuerza
necesaria para la aplicación del revestimiento
Operador Experiencia(años) Manual Automático
1 0-2 SI NO
2 2-4 SINO
3 6-8 SI NO
Nota: Influencia de la dureza del caucho en la fuerza necesaria para el revestimiento
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Con el proceso automático se establece un máximo de dos personas para realizar el
proceso independientemente de la dureza que posea el compuesto, así lo indican los
resultados de las preguntas N.6 y N.14 del censo (Anexo 2).

Tabla 18. Número de personas empleadas para el revestimiento
Operador Experiencia (años) Manual Automático
1 0-2 4 2
2 2-4 3 2
3 6-8 3 1
Nota: Número de personas empleadas para el revestimiento
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

La tabla 18 muestra una disminución considerable en la cantidad de personal
operativo necesario para realizar un revestimiento.

4.3.4 Salud

Es característico de las situaciones estresantes la emisión de intensas
respuestas fisiológicas que además de producir un gran malestar en el
individuo, alteran la evaluación cognitiva y psicológica generando
retardo en la emisión de respuestas para controlar alguna actividad.
Dado el esfuerzo físico que realizan los operadores en los procesos de
revestimiento manual se ve afectado a largo plazo su salud, este
inconveniente se reduce notablemente al utilizar el sistema automático
de envoltura pues como ya se explicó la fuerza necesaria para usar los
equipos es mínima (Daza, 2015).

Respecto al cansancio en una actividad definida usando los resultados obtenidos en
las preguntas N.6, N.7, N.8 y N.9 del censo (Anexo 2), mostrando el nivel de
agotamiento que tienen los operadores.

Tabla 19. Nivel de cansancio luego de un trabajo definido

Operador Experiencia(años) Valor
1 0-2 5
2 2-4 3
3 6-8 3
Nota: Nivel de cansancio luego de un trabajo definido
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 20. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo
Operador Experiencia(años) Valor
1 0-2 1
2 2-4 2
3 6-8 4
Nota: Estimación de la habilidad para repetir el trabajo
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 21. Estimación de la habilidad para repetir el trabajo por
más de 3 veces seguidas
Operador Experiencia(años) Valor
1 0-2 1
2 2-4 1
3 6-8 3
Nota: Estimación de la habilidad para repetir el trabajo 3 veces
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 22. Estimación de la habilidad para realizar un trabajo de
dimensiones más grandes luego de realizar uno propuesto
Operador Experiencia(años) Valor
1 0-2 1
2 2-4 1
3 6-8 1
Nota: Estimación habilidad, realizar trabajos de dimensiones más grandes
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Los datos de las tablas 6, 7, 8 y 9 muestran que las capacidades para repetir un
trabajo disminuyen si este se lo realiza de forma consecutiva o si las dimensiones se
incrementan.

4.3.5 Tiempo

El tiempo es un factor muy importante a considerar, se determinó un ahorro
considerable del mismo durante las pruebas así:

Tabla 23. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático
Dimensiones
rodillo
Proceso
Tradicional
Proceso
automático
Porcentaje
de ahorro
Diam.11cm.
Long. 50 cm
Espesor. 1c.m.

15 min.

10 min

33,3%

Diam.15, 4cm.
Long. 200 cm
Espesor. 1cm.

75 min.

38 min

49,33%
Diam.31cm.
Long. 250 cm
Espesor. 1cm

105 min.

53 min

49,52%
Diam.31cm.
Long. 250 cm
Espesor. 2,5cm

250 min

173 min

30,8%
Promedio 40,73%
Nota: Comparación de tiempo entre el Proceso Tradicional y Automático
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

La reducción promedio de tiempo según los datos tomados de producción es de
40,73%, respecto del tiempo empleado en el revestimiento tradicional.

Comparación de tiempo entre el Proceso Tradicional y Automático

Figura 29. Comparación de tiempo entre el proceso tradicional y automático
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo
Diam.11cm.
Diam.15,
4cm.
Diam.31cm.
Diam.31cm.(2
capas)
Proceso Tradicional 15 75 105 250
Proceso automático 10 38 53 173
15
75
105
250
10
38
53
173
0
50
100
150
200
250
300
Ti
e
m
p
o
d
e
e
n
vo
lt
u
ra
Diámetro
Tiempo de Envoltura vs Diámetro

4.3.5 Análisis económico

Reducir la cantidad de personas y el tiempo que emplean estas para realizar un
trabajo disminuye el costo que tiene un revestimiento. Se realiza un análisis de
comparación por hora de funcionamiento de los procesos tradicional y automático
para determinar el costo de cada uno de ellos.

Tabla 24. Consumo de energía proceso tradicional
Maquina Motor(HP) Motor(KW) KW/h Valor (Dólares)
Molino 25 18,5 0,088 1,62
Torno 7 5,18 0,088 0,46
Total 2,08
Nota: Cuadro del consumo de energía Proceso tradicional
Elaborado: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Durante el proceso tradicional de envoltura se requiere la utilización del molino ya
que en éste se calienta y da medida al caucho a ser colocado.

Tabla 25. Consumo de energía proceso automático
Maquina Motor(HP) Motor(KW) KW/h Valor(Dólares)
Extrusora 3 2,22 0,088 0,20
Torno 10 7,4 0,088 0,65
Avance charriot ¾ 0,56 0,088 0,05
Total 0,90
Nota: Cuadro del consumo de energía proceso automático
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

El consumo de energía se reduce en un 56,73% en relación al proceso tradicional,
esta diferencia radica en la utilización del molino para el proceso tradicional.

Tabla 26. Costo personal proceso tradicional
Trabajador Experiencia
(años)
Salario básico unificado
(USD)
Valor salario por
hora(USD)
Operador 1 8 394 2,23
Operador 2 3 354 2,01
Operador 3 1,5 354 2,01
Total 6,25
Nota: Cuadro costo personal proceso tradicional
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Tabla 27. Costo personal proceso automático
Trabajador Experiencia (años) Salario básico unificado
(USD)
Valor salario por
hora (USD)
Operador 2 3 354 2,01
Operador 3 1,5 354 2,01
Total 4,02
Nota: Cuadro costo personal proceso automático
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

La utilización de un menor número de personas para la realización del recubrimiento
reduce el costo de mano de obra en un 35,68%.

La comparación de costos de personal y energía, por hora, entre los sistemas se
resume en el siguiente cuadro.

Tabla 28. Comparación de costos energía y personal
Proceso tradicional Proceso automático
Energía 2,08 0,90
Costos de personal 6,25 4,02
Total 8,33 4,92
Nota: Cuadro comparación de costos energía y personal procesos tradicional y automático
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

De la tabla 28 se determina un ahorro del 40,93% en costos de energía y personal
utilizando el proceso automatizado en reemplazo del tradicional.

Comparación de costos energía y personal

Figura 30. Comparación de costos energía y personal
Elaborado por: Gonzalo Chimbo & Fernando Vallejo

Energía Costos de personal Total
Proceso tradicional 2,08 6,25 8,33
Proceso automático 0,9 4,02 4,92
2,08
6,25
8,33
0,9
4,02
4,92
0
1
2
3