Quiero empezar una nueva sección que llamaremos automatización.
En ella quiero contar pequeños trucos y técnicas que se emplean en la maquinaria moderna.
Como sé que puede llegar a ser muy complicado vamos a hacerlo desde el punto de vista de un profano a fin de que se comprendan las ideas básicas.
LA MAQUINA CIRCULAR.
Para comprender a que nos referimos al hablar de maquina circular o de ciclo continuo, es mejor ver su sistema opuesto, la máquina lineal.
Entendemos por máquina lineal a todo aquel sistema que para hacer una función detiene el proceso.
Veamos un ejemplo:
Queremos llenar un bote de tomate.
El proceso es el siguiente.
Una cinta transportadora, del tipo que sea, transporta el bote hasta la zona de llenado.
Una vez en la zona de llenado la cinta de transporte se detiene.
Procedemos al llenado y esperamos a tener plenamente lleno el bote.
Arrancamos la cinta para evacuar el bote lleno.
Una vez evacuado el bote lleno se puede reiniciar el proceso.
Este sistema acarrea un problema endémico, el rendimiento es muy bajo.
Si observamos el proceso es fácil concluir que mientras se llena no se pueden mover los botes, ni para evacuarlos, ni para suministrarlos.
Este sistema de maquinaría ha de ser evitado en la medida de lo posible por diversas causas, entre ellas:
-- Debemos detener las cintas de suministro.
Todos los sistemas de control tienen estimada su vida en número de maniobras, pueden ser miles, millones o miles de millones. Pero ya tenemos un límite impuesto.
A esto sumar algo tan obvio como el problema de que la inercia del producto, tanto al arrancar como al parar pueden tirarnos el envase o el producto del interior.
--El suministro.
Para que el sistema sea eficaz debemos de aislar el suministro.
Si solo vamos a llenar un bote, solo puede entrar un bote.
Puede parecer muy fácil, pero en la practica supone instalar sistemas de detención del suministro. Generalmente topes, cepos u estrellas.
Estos sistemas acarrean el problema previo del número de maniobras, en este caso agravado pues los sistemas actuadores tienen una vida muchísimo más reducida que los sistemas de control.
- Posicionamiento.
Debemos de asegurar que el bote se encuentre en la posición de llenado.
Generalmente de forma mecánica, siendo viable el paro directo en posición. Marcando esta con detectores apropiados.
Pero es habitual sea mediante cepos.
-Estrés mecánico.
Cualquier dispositivo mecánico tiene su "peor momento" al arrancar o al parar.
Esto se debe a que ha de vencer las inercias correspondientes a su función.
Si al arrancar debemos de lograr vencer al sistema, al parar debemos de adsorber toda la energía cinética del sistema.
Sirva por ejemplo un coche:
Al iniciar marcha, debemos de hacer uso de todas las herramientas posibles para lograr que se mueva a cierta velocidad. Lease, embrague, cambio de marcha y acelerador.
Una vez conseguida cierta velocidad, si soltamos tracción, por ejemplo pisando a fondo el embrague, no notaremos ningún cambio inmediato.
Y por último para conseguir pararlo deberemos de hacer nuevamente uso del freno motor, frenos de disco, ABS y todo lo que tengamos cuanto más rápida tenga que ser esa desaceleración.
-Producción.
Resulta evidente y ya lo mencionamos.
No obstante este sistema es el que se emplea en las grandes cadenas de montaje, por ser el más adecuado para esos menesteres. Por ejemplo el montaje de vehículos.
El proceso de ejemplo, llenar el bote con tomate,lo podemos dividir en tres pasos:
Ta - Tiempo necesario para alimentar la máquina.
Tt - Tiempo de trabajo requerido para llenarlo.
Te - Tiempo de evacuación del producto final.
Tiempo Total = Ta + Tt + Te
Esto nos lleva a producciones muy reducidas.
Si en nuestro ejemplo:
Ta= 5 Segundos
Tt= 18 s.
Te= 7 s.
Tiempo total = 30 s
Producción = 120 botes/Hora
ZONAS DE ACTUACION
Desde un principio planteamos la cuestión de resolución de problemas y queda claro que tenemos muchos.
Por defecto el principal, la producción. Pues los demás suelen ser mecánicos y dependientes de la aplicación.
Veamos como podemos mejorar el sistema.
En primer lugar el sistema de llenado único es muy poco practico, en general solo se usa por abaratar costes. Así que procedamos a multiplicar los sistemas de llenado. Para ello ponemos varios llenadores trabajando en paralelo.
Por razones constructivas se suele realizar a pares.
En nuestro ejemplo podría ser buena opción poner 6 sistemas de llenado simultáneo.
Esto nos acarrea una serie de adaptaciones.
Los botes tardaran más en entrar, y en salir.
En nuestro caso supongamos que perdemos .5 Segundos por bote.
Ta=Ta+2,5 s ( (0,5 * 5) 5botes más)
Te=Te+2,5 s
En compensación producto final * 6
Con los tiempos que ya usamos como ejemplo:
Ta = 5 S + 2,5 s = 7,5 Segundos
Tt = 18 S
Te = 7 S + 2,5 s = 9,5 Segundos
Tiempo Total= 7,5+18+9,5 =35 s
Producción = 617 botes/Hora
La mejora es notable, y el sistema no ha cambiado en adsoluto.
Aún podemos realizar otra actuación en el sistema.
En nuestro caso Te original era 7 s. , este es el tiempo de evacuación para un solo bote.
De este tiempo una parte son las inercias de arranque del producto, y otra el desplazamiento.
Si tanto la cinta de suministro como la de evacuación son la misma, podemos determinar:
Si un bote tarda 7s
0,5s se dedican al arranque
6,5s se dedican al desplazamiento.
Anteriormente establecimos que el sumar nuevos botes, nos ralentizaba 0,5 Segundos por bote extra.
2,5s desplazamiento de 5 botes más
Así que el desplazamiento de salida de 6 botes:
0,5s de arranque
6,5s de desplazamiento
2,5s de desplazamiento de los botes extras.
Te= (0,5+6,5)+2,5 = 9,5s
Pero, si tanto los botes de entrada, como los botes de salida estan sobre la misma cinta.
Suponiendo que el tiempo de arranque es igual en la cinta de salida y en la de entrada.
Si separamos físicamente 6,5s los botes de entrada y de salida, por ejemplo con una distancia tal que:
6,5 * Velocidad cinta en m/s
En nuestro ejemplo, un bote mide alrededor de 8cm y nos ralentizaba 0,5s así que la velocidad es de 16cm/s (0.16 m/s)
Nos basta con una distancia de 1 metro.
Cumplidos estos requisitos, por lo demás mínimos Ta y Te pueden ser simultaneos.
Pero en nuestro ejemplo Te (7s+2,5s) > Ta (5s+2,5s)
Si no nos importa, como suele ser habitual, que no todo el producto abandone la cinta de salida, y puesto que lo importante es Ta, es decir, tener preparado el próximo ciclo:
Si Te>Ta
Te=Ta y simultáneos.
Esto establece en este caso:
Te-Ta= 9,5-7,5 = 2s
2s=4 botes (4*0,5s)
4 botes no saldrán de la cinta, abandonando esta en el ciclo posterior.
Nuestro resultado después de estas intervenciones es:
Te=Ta= 7,5s
Tt= 18s
Tiempo total=25,5s
Producción = 847 Botes/Hora
Conclusión con unos cambios, notables, pero sencillos, pasamos en nuestro ejemplo de 120 Botes/Hora a 847 Botes/Hora.
La mejora es de un 700%. Para un sistema de seis caños de llenado.
Quiero hacer especial hincapié en que en ningún momento hemos cambiado velocidades, ni acortado tiempos de llenado (Tt). Solo optimizamos el sistema.
Para ver un ejemplo real, veamos esta foto de una llenadora lineal.
Podemos ver que en este caso se trata de un sistema de llenado doble por pistón, es decir válido para producto viscoso, líquidos en general.
Se observan las pipas de llenado (2) y los topes de entrada y de posicionamiento del envase.
La foto ha sido tomada del fabricante de máquinas Automatización DROG , donde también se puede observar un modelo de seis pipas de llenado, más acorde con nuestro ejemplo. Pero donde no se observan los topes.En ella quiero contar pequeños trucos y técnicas que se emplean en la maquinaria moderna.
Como sé que puede llegar a ser muy complicado vamos a hacerlo desde el punto de vista de un profano a fin de que se comprendan las ideas básicas.
LA MAQUINA CIRCULAR.
Para comprender a que nos referimos al hablar de maquina circular o de ciclo continuo, es mejor ver su sistema opuesto, la máquina lineal.
-MAQUINA LINEAL.
Entendemos por máquina lineal a todo aquel sistema que para hacer una función detiene el proceso.
Veamos un ejemplo:
Queremos llenar un bote de tomate.
El proceso es el siguiente.
Una cinta transportadora, del tipo que sea, transporta el bote hasta la zona de llenado.
Una vez en la zona de llenado la cinta de transporte se detiene.
Procedemos al llenado y esperamos a tener plenamente lleno el bote.
Arrancamos la cinta para evacuar el bote lleno.
Una vez evacuado el bote lleno se puede reiniciar el proceso.
Este sistema acarrea un problema endémico, el rendimiento es muy bajo.
Si observamos el proceso es fácil concluir que mientras se llena no se pueden mover los botes, ni para evacuarlos, ni para suministrarlos.
Este sistema de maquinaría ha de ser evitado en la medida de lo posible por diversas causas, entre ellas:
-- Debemos detener las cintas de suministro.
Todos los sistemas de control tienen estimada su vida en número de maniobras, pueden ser miles, millones o miles de millones. Pero ya tenemos un límite impuesto.
A esto sumar algo tan obvio como el problema de que la inercia del producto, tanto al arrancar como al parar pueden tirarnos el envase o el producto del interior.
--El suministro.
Para que el sistema sea eficaz debemos de aislar el suministro.
Si solo vamos a llenar un bote, solo puede entrar un bote.
Puede parecer muy fácil, pero en la practica supone instalar sistemas de detención del suministro. Generalmente topes, cepos u estrellas.
Estos sistemas acarrean el problema previo del número de maniobras, en este caso agravado pues los sistemas actuadores tienen una vida muchísimo más reducida que los sistemas de control.
- Posicionamiento.
Debemos de asegurar que el bote se encuentre en la posición de llenado.
Generalmente de forma mecánica, siendo viable el paro directo en posición. Marcando esta con detectores apropiados.
Pero es habitual sea mediante cepos.
-Estrés mecánico.
Cualquier dispositivo mecánico tiene su "peor momento" al arrancar o al parar.
Esto se debe a que ha de vencer las inercias correspondientes a su función.
Si al arrancar debemos de lograr vencer al sistema, al parar debemos de adsorber toda la energía cinética del sistema.
Sirva por ejemplo un coche:
Al iniciar marcha, debemos de hacer uso de todas las herramientas posibles para lograr que se mueva a cierta velocidad. Lease, embrague, cambio de marcha y acelerador.
Una vez conseguida cierta velocidad, si soltamos tracción, por ejemplo pisando a fondo el embrague, no notaremos ningún cambio inmediato.
Y por último para conseguir pararlo deberemos de hacer nuevamente uso del freno motor, frenos de disco, ABS y todo lo que tengamos cuanto más rápida tenga que ser esa desaceleración.
-Producción.
Resulta evidente y ya lo mencionamos.
No obstante este sistema es el que se emplea en las grandes cadenas de montaje, por ser el más adecuado para esos menesteres. Por ejemplo el montaje de vehículos.
El proceso de ejemplo, llenar el bote con tomate,lo podemos dividir en tres pasos:
Ta - Tiempo necesario para alimentar la máquina.
Tt - Tiempo de trabajo requerido para llenarlo.
Te - Tiempo de evacuación del producto final.
Tiempo Total = Ta + Tt + Te
Esto nos lleva a producciones muy reducidas.
Si en nuestro ejemplo:
Ta= 5 Segundos
Tt= 18 s.
Te= 7 s.
Tiempo total = 30 s
Producción = 120 botes/Hora
ZONAS DE ACTUACION
Desde un principio planteamos la cuestión de resolución de problemas y queda claro que tenemos muchos.
Por defecto el principal, la producción. Pues los demás suelen ser mecánicos y dependientes de la aplicación.
Veamos como podemos mejorar el sistema.
En primer lugar el sistema de llenado único es muy poco practico, en general solo se usa por abaratar costes. Así que procedamos a multiplicar los sistemas de llenado. Para ello ponemos varios llenadores trabajando en paralelo.
Por razones constructivas se suele realizar a pares.
En nuestro ejemplo podría ser buena opción poner 6 sistemas de llenado simultáneo.
Esto nos acarrea una serie de adaptaciones.
Los botes tardaran más en entrar, y en salir.
En nuestro caso supongamos que perdemos .5 Segundos por bote.
Ta=Ta+2,5 s ( (0,5 * 5) 5botes más)
Te=Te+2,5 s
En compensación producto final * 6
Con los tiempos que ya usamos como ejemplo:
Ta = 5 S + 2,5 s = 7,5 Segundos
Tt = 18 S
Te = 7 S + 2,5 s = 9,5 Segundos
Tiempo Total= 7,5+18+9,5 =35 s
Producción = 617 botes/Hora
La mejora es notable, y el sistema no ha cambiado en adsoluto.
Aún podemos realizar otra actuación en el sistema.
En nuestro caso Te original era 7 s. , este es el tiempo de evacuación para un solo bote.
De este tiempo una parte son las inercias de arranque del producto, y otra el desplazamiento.
Si tanto la cinta de suministro como la de evacuación son la misma, podemos determinar:
Si un bote tarda 7s
0,5s se dedican al arranque
6,5s se dedican al desplazamiento.
Anteriormente establecimos que el sumar nuevos botes, nos ralentizaba 0,5 Segundos por bote extra.
2,5s desplazamiento de 5 botes más
Así que el desplazamiento de salida de 6 botes:
0,5s de arranque
6,5s de desplazamiento
2,5s de desplazamiento de los botes extras.
Te= (0,5+6,5)+2,5 = 9,5s
Pero, si tanto los botes de entrada, como los botes de salida estan sobre la misma cinta.
Suponiendo que el tiempo de arranque es igual en la cinta de salida y en la de entrada.
Si separamos físicamente 6,5s los botes de entrada y de salida, por ejemplo con una distancia tal que:
6,5 * Velocidad cinta en m/s
En nuestro ejemplo, un bote mide alrededor de 8cm y nos ralentizaba 0,5s así que la velocidad es de 16cm/s (0.16 m/s)
Nos basta con una distancia de 1 metro.
Cumplidos estos requisitos, por lo demás mínimos Ta y Te pueden ser simultaneos.
Pero en nuestro ejemplo Te (7s+2,5s) > Ta (5s+2,5s)
Si no nos importa, como suele ser habitual, que no todo el producto abandone la cinta de salida, y puesto que lo importante es Ta, es decir, tener preparado el próximo ciclo:
Si Te>Ta
Te=Ta y simultáneos.
Esto establece en este caso:
Te-Ta= 9,5-7,5 = 2s
2s=4 botes (4*0,5s)
4 botes no saldrán de la cinta, abandonando esta en el ciclo posterior.
Nuestro resultado después de estas intervenciones es:
Te=Ta= 7,5s
Tt= 18s
Tiempo total=25,5s
Producción = 847 Botes/Hora
Conclusión con unos cambios, notables, pero sencillos, pasamos en nuestro ejemplo de 120 Botes/Hora a 847 Botes/Hora.
La mejora es de un 700%. Para un sistema de seis caños de llenado.
Quiero hacer especial hincapié en que en ningún momento hemos cambiado velocidades, ni acortado tiempos de llenado (Tt). Solo optimizamos el sistema.
Para ver un ejemplo real, veamos esta foto de una llenadora lineal.
Podemos ver que en este caso se trata de un sistema de llenado doble por pistón, es decir válido para producto viscoso, líquidos en general.
Se observan las pipas de llenado (2) y los topes de entrada y de posicionamiento del envase.
Gracias por tu aportación, es muy interesante.
ResponderEliminarMe gustaría hacer un sistema parecido al de la foto pero lo mas simple posible. Tengo la necesidad de envasar liquidos, en pequeñas cantidades, y me han presupuestado varias máquinas de este tipo pero subn mucho de precio y tal como esta la cosa no puedo permitirmelo.
Podrías ayudarme un poco?