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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE

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Soffy Fierro

on 25 January 2017

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo diseñar e implementar un módulo para el laboratorio de Ingeniería en Mantenimiento Eléctrico, que permita realizar prácticas electro-neumáticas complementando el trabajo teórico en el área de control y automatización?
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
PROPUESTA TECNOLÓGICA
MÓDULO DE PRUEBAS ELECTRO-NEUMÁTICAS PARA EL LABORATORIO DE INGENIERÍA EN MANTENIMIENTO ELÉCTRICO
OBJETIVO GENERAL
Utilizar el Módulo de entrenamiento para pruebas electro – neumáticas como herramienta metodológica para el proceso enseñanza – aprendizaje, mediante la utilización de una guía didáctica previamente diseñada, con el fin de mejorar la capacidad de entendimiento y optimizar el aprendizaje de los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Mantenimiento Eléctrico.
FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS

AUTOR: SEBASTIÁN LUCERO
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE PRUEBAS ELECTRO-NEUMÁTICAS PARA EL LABORATORIO DE INGENIERÍA EN MANTENIMIENTO ELÉCTRICO
Creus (2007) dice: “La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento del aire y así en sus comienzos el hombre utilizó el viento en la navegación y en el uso de los molinos para moler grano y bombear agua”. (p.9).
La combinación de la neumática con la automatización se produce a mediados del siglo XX en donde se conoce la forma de controlar independientemente las herramientas que trabajan con aire comprimido, lo cual ha dado una gran ayuda y gran potencial de eficiencia a las industrias que utilizan este tipo de tecnología.
ANTECEDENTES
Aunque la electro-neumática es una tecnología antiguamente establecida, en el campo industrial, pocas son las personas que conocen de su aplicación y desempeño dentro de esta área, por esta razón se ha visto afectado el crecimiento de su utilización y a la par se afecta o se descuida su estudio y aprendizaje.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
OBJETIVOS
Diseñar e implementar un módulo de pruebas electro-neumáticas en el laboratorio de Ingeniería en Mantenimiento Eléctrico, con la finalidad de complementar el trabajo teórico en el área de control y sus diferentes aplicaciones.
OBJETIVO GENERAL
• Diseñar el tablero de pruebas con conexiones reconfigurables de manera que el estudiante pueda realizar todas las prácticas establecidas en el manual e interactúe con los elementos implementados en el módulo de entrenamiento.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Crear un banco de prácticas que permita simular circuitos electro-neumáticos, guiados por un manual de laboratorio que posibilite desarrollar prácticas previamente planteadas, con la utilización de software de simulación y elementos de control.
• Diseñar y construir un panel, en el cual se albergarán los elementos de control como HMI, PLC y entradas/salidas digitales de manera que se fascilite la conexión con el panel electroneumático y se considere para realizar prácticas afines a control y automatización.
Para la enseñanza de especialidades técnicas, es necesario que los docentes impartan sus clases pedagógicas y prácticas, con los equipos necesarios para la enseñanza.
Al no contar los docentes con las herramientas adecuadas para impartir sus clases prácticas sobre electro-neumática, el conocimiento colectivo de los estudiantes se trunca debido a que no cuentan con los elementos necesarios para realizar una investigación adecuada sobre este tema y esto puede afectar su desarrollo profesional.
JUSTIFICACIÓN
Con la implementación del módulo de entrenamiento electroneumático se podrá investigar, conocer y desarrollar procesos autónomos de situaciones reales dentro de instalaciones industriales, con la tecnología implementada en el módulo se puede desarrollar proyectos afines a electrónica y electricidad puesto que se ha diseñado el módulo de manera que este sea versátil y dinámico para diferentes aplicaciones.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a. Diseñar un módulo de control el cual permita controlar procesos neumáticos basados en situaciones secuenciales.
b. Elaborar el módulo de control electroneumático el cual permita realizar pruebas en el laboratorio de Ingeniería en Mantenimiento Eléctrico.
c. Diseñar prácticas en las cuales se detalle el funcionamiento de cada ejercicio, indicando la forma de programación y la ubicación de los elementos en los simuladores virtuales.
DESARROLLO DE LA PROPUESTA
La selección del compresor dependerá del caudal necesario que éste pueda suministrar al circuito neumático, si el compresor tiene un volumen superior a 200.000 〖cm〗^3, este será el adecuado para realizar este proyecto.
Selección del compresor
Selección de los cilindros neumáticos
Para diseñar el tablero de entrenamiento se escogió los cilindros neumáticos en función de la variedad que ofrece la marca E-MC, más no por función de la fuerza. Los cilindros elegidos son: de simple y doble efecto; y de diferentes materiales: aluminio y acero inoxidable, con la finalidad de que el estudiante se familiarice con estas dos clases de cilindros, y conozca su funcionamiento, campos de aplicación y componentes de diseño.
Para el cálculo de la fuerza del cilindro en ciertos textos se utiliza como unidad de medida el Pascal, pero esta unidad es muy pequeña para realizar los cálculos necesarios; es por esto que se toma como referencia el Bar que en su equivalente es 100.00 pascales.
Cálculo de la fuerza del cilindro
Diseño del módulo de entrenamiento
Completando los objetivos planteados en el presente trabajo de grado, se desarrollan las prácticas establecidas para el módulo de entrenamiento; se ha establecido realizar 7 prácticas, que complementen la investigación científica de este trabajo.
Manual de prácticas en el módulo electroneumático
Práctica Número 1
Práctica Número 2
Práctica Número 3
Práctica Número 4
Secuencia básica: A+B+C+C-B-A- controlada desde la HMI automáticamente.
Práctica Número 5
Práctica Número 6
Activación de dos cilindros simple efecto con temporización.
Activación de un cilindro simple efecto con electroválvula doble.
Práctica Número 7
CONCLUSIONES
• La neumática ha sido empleada en diferentes sistemas, entre ellos: sistemas mecánicos y aplicaciones industriales. Los sistemas mecánicos utilizan la neumática para suministrar de aire a martillos y herramientas neumáticas, pero en la industria, la neumática cumple una labor importante puesto que contribuye a optimizar procesos y genera rentabilidad en las empresas industriales.
• El diseño del tablero de pruebas electroneumáticas se lo realizó con conexiones reconfigurables para que se puedan realizar prácticas diversas en control secuencial, pero cabe señalar que en procesos industriales existen conexiones fijas y movibles.
• Los elementos utilizados en el tablero de control, son los más utilizados en la industria, aunque existen elementos de diferentes marcas y diseños, los materiales implementados sirven y se ajustan para simular y estudiar los procesos electroneumáticos.
• Con el banco de prácticas se pueden realizar procesos sencillos y complejos aplicativos a sistemas reales, y con la ayuda del software de simulación, el estudiante comprenderá de mejor manera el sistema que se espera controlar.
• Una tecnología similar a la neumática es la hidráulica, sólo que utilizan diferentes recursos, la una utiliza aire y la otra utiliza agua para generar movimiento. Se recomienda a futuro hacer un análisis entre estas dos tecnologías y concluir con la mejor tecnología aplicada a sistemas de procesos industriales.
RECOMENDACIONES
• Si bien las conexiones reconfigurables sirven para que se puedan simular procesos de prueba, existe la posibilidad de que pueda existir fuga de aire, es por eso que se recomienda ajustar y revisar las conexiones antes de realizar las prácticas.
• Las prácticas planteadas se las diseñó con la supervisión de un profesional, por lo que implica el diseño y estructuración de la programación, es por esto que se recomienda realizar las prácticas con la ayuda e instrucción de un docente experimentado y que conozca del funcionamiento de los elementos implementados en el módulo de entrenamiento.
• Antes de empezar con las prácticas es recomendable dar un vistazo a la configuración de las conexiones en la programación y tomar en cuenta las etiquetas que se ubicó en el módulo, para que cada elemento se desempeñe con normalidad.
MARCO TEÓRICO
COMPRESOR
UNIDAD DE MANTENIMIENTO
ELECTROVÁLVULAS 5/2
VALVULA EXTRANGULADORA
CILINDRO DOBLE EFECTO
CILINDRO DOBLE EFECTO
ELECTROVÁLVULA 3/2
CILINDRO SIMPLE EFECTO
ELECTROVÁLVULA
CILINDRO DOBLE EFECTO
TABLERO DE CONTROL
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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