FECHA 27 de Mayo de 2010 NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería

FECHA
27 de Mayo de 2010
NÚMERO RA
PROGRAMA
Ingeniería Electrónica
AUTOR (ES)
MANJARREZ TORRES, Cesar David
TITULO
Diseño de una banda transportadora y del control de
velocidad del motor que genera su movimiento
PALABRAS
CLAVES
Banda transportadora, Motores, Microcontroladores, Piñones,
Correas de Transmisión, Proceso Industrial, Rodillos, Material,
Lógica Difusa.
DESCRIPCION
El lector de este documento encontrara como se realizo el
diseño de una banda transportadora y del control de
velocidad del motor que genera su movimiento, dando una
breve reseña sobre las bandas transportadoras utilizadas
desde principios del siglo XIX, resaltando sus principales
fabricantes y su forma de utilización como sistema de
transporte de material. Además de esto se encontraran
explicaciones claras sobre cada uno de los materiales y
dispositivos utilizados para el diseño del proyecto, se podrá
observar un marco legal dentro del cual se rigen las
principales normas y leyes que se deben tener en cuenta para
el diseño de una banda transportadora de tipo lineal. El lector
podrá observar el desarrollo ingenieril que se realizo para
esta banda transportadora y del diseño del control de
velocidad, donde se muestran los cálculos de cada uno de los
componentes mecánicos que posee la banda, y del diseño del
control de velocidad que se realizo por medio de un PWM. Se
podrán encontrar cálculos de diseño y análisis de información
basados en la experiencia adquirida por la elaboración del
proyecto y algunas recomendaciones que el interesado podría
tener en cuenta en caso de adquirir información de este
material.
FUENTES
BIBLIOGRÁFICAS
• http://www.scribd.com/doc/14804660/Control-deVelocidad-de-Motores-de-Cc-Con-Pwm.
• http://www.kauman.com/es/products/.
• http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/cintas
NÚMERO RA
PROGRAMA
CONTENIDOS
Ingeniería Electrónica
•
Introducción.
•
Antecedentes.
•
Objetivos de la investigación.
•
Alcances y limitaciones del proyecto.
•
Marco teórico conceptual: Abarca el contenido y
breves explicaciones de cada uno de los materiales y
dispositivos utilizados para el desarrollo del proyecto.
•
Marco legal o normativo: Se muestran las principales
normas y sistemas de gestión ambiental que establece
la norma nacional de ruido y ruido ambiental.
•
Metodología.
•
Hipótesis.
•
Variables.
•
Desarrollo ingenieril: Se encuentra el diseño mecánico
de la banda transportadora y diseño electrónico, con
cada uno de los dispositivos que se utilizaron en este.
NÚMERO RA
PROGRAMA
Ingeniería Electrónica
METODOLOGÍA
1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN: La investigación y desarrollo del
proyecto se fundamentaron en un enfoque Empírico-Analítico, ya que la
teoría fue la base del proyecto, que luego fue evaluada con métodos de
diseño y optimización creciente, partiendo desde un inicio claro,
fundamentado por la teoría hasta la terminación del trabajo justificado por
la relación Teoría-Analítica, que se desarrollo durante las diferentes
etapas del proyecto.
2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD /
CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA
La sociedad requiere dispositivos o maquinaria que le den la solución a
problemas o faciliten los procesos para el desarrollo de la industria en el país,
este proyecto está marcado y regido por las tecnologías actuales que son
necesarios para el desarrollo del país implementando procesos de
industrialización con los cuales se obtienen mejores resultados en varios
aspectos como el tiempo, costos y producción.
3. HIPÓTESIS: Una banda transportadora en la cual la pieza de transporte
no toque la pista mejora la eficiencia del sistema en cuanto a consumo de
energía y a capacidad de transporte de carga.
4. VARIABLES:
Independientes
Control de la banda.
Precisión en el peso a transportar.
Tiempo que tarda la banda en dar una vuelta.
Control de velocidad y aceleración.
Dependientes
Torque del motor banda y piñón de accionamiento.
Voltaje.
Velocidad del motor.
Velocidad de transporte de material.
NÚMERO RA
PROGRAMA
Ingeniería Electrónica
CONCLUSIONES
En la parte de acople del motor se implemento un sistema de piñones
para obtener el torque requerido por el polín y la banda transportadora.
La versatilidad que se obtiene utilizando el micro como periférico facilita el
diseño electrónico y la automatización de los procesos.
Es necesario contar con una etapa de potencia que alimente el motor ya
que el micro no posee con suficiente energía de salida para activar un
motor.
En los procesos que se requiera utilizar el puerto paralelo y dispositivos
que manejen bajos voltajes con dispositivos que manejen altas corrientes
es importante utilizar una etapa de protección.
DISEÑO DE UNA BANDA TRANSPORTADORA
Y DEL CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR QUE GENERA SU
MOVIMIENTO
CESAR DAVID MANJARREZ TORRES
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C
2010
DISEÑO DE UNA BANDA TRANSPORTADORA
Y DEL CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR QUE GENERA SU
MOVIMIENTO
CESAR DAVID MANJARREZ TORRES
Trabajo de grado como requisito para optar al título de:
Ingeniero Electrónico
Asesor
Ing. Luis Carlos Gil
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C
2010
Nota de aceptación
_________________________
Firma del presidente del jurado
_________________________
Firma del jurado
_________________________
Firma del jurado
Bogotá D.C. Mayo 13 de 2010
I
A los seres más queridos en la vida, mi
mamá que Dios la tenga en la gloria y que ha sido
mi mayor inspiración, le dedico el primero de mis
triunfos, a mi papá, mis hermanitas Emelí y Loren
por estar ahí en los momentos más difíciles que he
enfrentado en la vida.
Cesar David.
II
AGRADECIMIENTOS
A Dios por ser el guía incondicional en mi vida, y que por su amor y
bendiciones me permitió culminar exitosamente con este proceso tan
importante en mi vida.
A mi familia que fue en equilibrio principal en todos y cada uno de los
momentos de mi carrera, y ayudaron de forma satisfactoria para que este
proceso culminará de una manera exitosa.
Al grupo de docentes que me brindaron su apoyo incondicional, sus
conocimientos y enseñanzas, con las cuales este proyecto se llevo a cabo.
A la UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA, por apoyar siempre mi
proceso de aprendizaje, tanto profesional como personal.
III
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...IXX
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA@@@@@@@@@@@@@@@.1
1.1 ANTECEDENTES@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@1y2
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA@@@@@@@..3
1.3 JUSTIFICACIÓN@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@..4y5
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN@@@@@@@@@@@@@@.5
1.4.1 Objetivo General@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...5
1.4.2 Objetivos Específicos@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...5
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES@@@@@@@@@@@@@@@@@..6
1.5.1 Alcances@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.6
1.5.2 Limitaciones@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...6
2. MARCO DE REFERENCIA@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.7
2.1 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL@@@@@@@@@@@@@@@..7
2.1.1 Banda Transportadora@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.7
2.1.1.1 Correas de Transmisión de Potencia@@@@@@@@@@@@@.7
2.1.1.2 Constitución de la banda@@@@@@@@@@@@@@@@@@..9
2.1.1.3 Recubrimientos@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@11
2.1.2 Rodillos Soportes y Tensores@@@@@@@@@@@@@@@@...11
2.1.2.1 Generalidades De Los Rodillos@@@@@@@@@@@@@@@.11
2.1.2.2 Funciones De Los Rodillos@@@@@@@@@@@@@@@@@.12
2.1.2.3 Tipos De Rodillos@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.13
2.1.2.4 Tipos De Tambores y Funciones Que Realizan@@@@@@@@.15
2.1.3 Capacidad de Transporte de Bandas en General@@@@@@@@.17
2.1.4 Potencia de Accionamiento@@@@@@@@@@@@@@@@@..19
2.1.5 Correa de transmisión@@@@@@@@@@@@@@@@@@@....22
2.1.6 Microcontrolador@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@..24
2.1.7 Resistencias@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@27
IV
2.1.8 Condensador@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@..28
2.1.9 Motores DC@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@..29
2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO@@@@@@@@@@@@@@@...34
3. METODOLOGÍA@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...39
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN@@@@@@@@@@@@@@..39
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD /
CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA@@@@@@@@@@@@@@@39
3.3 HIPÓTESIS@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.40
3.4 VARIABLES.@@.@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@..40
3.4.1 Variables Independientes@@@@@@@@@@@@@@@@@@..41
3.4.2 Variables Dependientes@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.41
4. DESARROLLO INGENIERIL@@@@@@@@@@@@@@@@@.@.42
4.1 DISEÑO DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE LA BANDA
TRANSPORTADORA@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@..43
4.1.1 Calculo general para el diseño mecanico@.@@@@@@@@@@.44
4.1.1.1 Eje Transversal@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...47
4.1.1.2 Rodillos@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.48
4.1.1.3 Motoreductor@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@54
4.1.1.4 Piñones@@@@@@.@@@@@@@@@@@@@@@@@@@58
4.1.1.5 Soporte De La Banda Transportadora@@@@@@@@@@@@.63
4.2 DISEÑO ELECTRÓNICO DEL SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD
DEL MOTOR@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.65
4.2.1 Desarrollo del diseño electrónico@@@@@@@@@@@@@@@.67
4.2.2 Control del circuito con lógica difusa1...............................................67
4.2.3 Desarrollo del programa@@@@@@@@@@@@@@@@@@...78
GLOSARIO@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...87
BIBLIOGRAFÍA@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@90
WEBLIOGRAFÍA@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.91
ANEXO@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.92
V
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Tipos de Cintas de transmisión@@@@@@@@@@@@@@@.9
Figura 2: Rodillos y Tambores@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.12
Figura 3: Rodillos Autolimpiadores@@@@@@@@@@@@@@@@@.13
Figura 4 : Rodillos de Impacto@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.14
Figura 5 : Rodillo de Retorno@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...14
Figura 6: Rodillos de Alineación@@@@@@@@@@@@@@@@@@..14
Figura 7: Rodillos Cilíndricos@@@@@@@@@@@@@@@@@@@...15
Figura 8: Tensores para Banda@@@@@@@@@@@@@@@@@@..16
Figura 9: Angulo β formado por el Talud@@@@@@@@@@@@@@..18
Figura 10: Esquema de un microcontrolador@@@@@@@@@@@@...25
Figura 11: Esquema físico de resistencias@@@@@@@@@@@@@@27
Figura 12: Esquema del condensador@@@@@@@@@@@@@@@@29
Figura 13: Motores DC@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@..31
Figura 14: Partes del motor DC@@@@@@@@@@@@@@@@@@...31
Figura 15: Diagrama puerto paralelo@@@@@@@@@@@@@@@@..33
Figura 16: Cadena de Transmisión de Potencia@@@@@@@@@@@..33
Figura 17: Diagrama a bloques del sistema@@@@@@@@@@@@@.42
Figura 18: Holgura de la banda@@@@@@@@@@@@@@@@@@..44
Figura 19: Rodillo de acople plano para una cinta transportadora@@@...51
Figura 20: Longitud en diversos diámetros@@@@@@@@@@@@@...54
Figura 21: Motoreductor de Accionamiento Pittman@@@@@@@@.....56
Figura 22: Esquema del modelado del motor@@@@@@@@@@@@.58
Figura 23: Piñones con cadena de transmisión de potencia@@@@@@.63
Figura 24: Vista Frontal del Soporte@@@@@@@@@@@@@@@@..64
Figura 25: Vista Lateral del Soporte@@@@@@@@@@@@@@@@..64
Figura 26: Vista Isométrica del Soporte@@@@@@@@@@@@@@@64
Figura 27: Diagrama a bloques del control del motor@@@@@@@@@.65
Figura 28: Diagrama de Pines Optoacoplador@@@@..@@@@@@@..74
VI
Figura 29: Diagrama LCD..@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.74
Figura 30: Diagrama de Pines del Circuito@@@@@@@@@@@@@75
Figura 31: Descripción del rango en que la velocidad varía (Lógica
Difusa)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.76
Figura 32: LED Infrarrojo@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.77
Figura 33: Diagrama de flujo general de la programación del circuito de
control@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.86
VII
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Tejidos para Correas de Transmisión@@@@@@@@@@@@@.8
Tabla 2 Correas de Transmisión de Potencia con Lonas de Algodón@@@.8
Tabla 3 Correas de Transmisión de Potencia con Lonas de PoliésterNylon@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@8
Tabla 4 Tejidos de las bandas y su designación abreviada@@@@@@@10
Tabla 5 Propiedades de los recubrimientos W, X, Y y Z@@@@@@@@.11
Tabla 6: CAPACIDAD DE TRANSPORTE QM PARA V = 1M/SEG. EN M3/H@@@@.18
Tabla 7: VALORES DE "K"@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@19
TABLA 8: COEFICIENTES DE CORRECCIÓN SEGÚN TALUD@@@@@@@@@..19
Tabla 9: Potencia Absorbida por el "TRIPPER" Nt, en CV@@@@@@@..21
Tabla 10: Valores del Coeficiente “C” ( L, longitud de transporte, en
metros)@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@.21
Tabla 11: Coeficientes de Fricción en los Rodillos (f) @@@@@@@@@21
Tabla 12: Ángulo de Abrazado y valor K@@@@@@@@@@@@@@...23
Tabla 13: Valores de Tensión admisible @@@@@@@@@@@@@@...24
Tabla 14. Código de colores@@@@@@@@@@@@@@@@@@@....28
Tabla 15: Espacio sugerido entre rodillos@@@@@@@@@@@@@@.46
Tabla 16: Diámetro exterior del rodillo@@@@@@@@@@@@@@@...52
Tabla 17. Características funcionales del motor@@@@@@@@@@@..56
Tabla 18: Microcontroladores para control del motor@@@@@@@@69y70
Tabla 19: Microcontroladores para visualización en LCD@@@@@@@..71
Tabla 20: Características del Oscilador@@@@@@@@@@@@@@@72
Tabla 21: Características del amplificador LM324.@@@@@@@@@@.73
Tabla 22: Características de los transistores@@@..@@@@@@@@@.73
Tabla 23: Condiciones de Operación del Sistema@@@@@@@@@@..76
VIII
INTRODUCCIÓN
Para que las industrias de hoy sean más competitivas y estén de acuerdo
con las expectativas ambientales del mundo actual, se requiere de
metodologías de producción más limpias y más eficientes. Uno de los
aspectos que deben ser tenidos en cuenta al tratar de mejorar la eficiencia de
una empresa industrial es el del transporte de materiales dentro de la
factoría, debido a la variedad de sistemas que existen y a la precisión con la
cual estos mecanismos deben realizar su trabajo.
La banda transportadora y su el control de velocidad del motor que genera
su movimiento es el inicio de dicho proceso para pequeñas y grandes
industrias, se creó un diseño propio, tomando como base conceptos que
poseen diferentes empresas en el ámbito mundial, para ajustarlo a las
necesidades y al desarrollo del país, dependiendo del enfoque que se le dé
en la industria.
A través de este proyecto se presenta el diseño de una banda transportadora
y de su control de velocidad, como una alternativa que ofrece mejores
características de funcionamiento y de eficiencia respecto a las bandas
transportadoras tradicionales. Se incluye además una descripción general de
todo el sistema de transporte y de cada uno de sus elementos constitutivos a
fin de que este proyecto proporcione información completa a quienes puedan
interesarse en este tema.
Desde el punto de vista ingenieril se hará la integración de varios sistemas
para lo cual se aplicará varias ramas que la ingeniería electrónica abarca.
Algunas de ellas serian el manejo de microcontroladores, manejo de motores
para el control de la misma, circuitos de potencia entre otras.
IX
1.
PLANTEAMIENTO DESCRIPCION PROBLEMA
1.1
ANTECEDENTES
En nuestro país hay muchas empresas que en algunas etapas de sus
proyectos necesitan un sistema de transporte de material desde un punto a
otro, anteriormente estos procesos se hacían de manera ineficiente
generando en la industria un proceso de producción con un nivel muy bajo, y
no eran tan exigentes en los estándares de calidad de transporte de
cualquier tipo de material. En la actualidad con el aumento cada día de los
niveles de producción, ha sido necesaria la implementación de equipos que
desarrollen esta clase de proceso, obteniendo un aumento en calidad de
transporte, producción y disminución de costos, que generan más estabilidad
en las empresas de nuestro país.
Para las empresas con gran capacidad de producción es fácil adquirir una
banda transportadora y su control de velocidad, ya sea de origen Norte
Americano, Europeo y de marcas muy conocidas como la KAUMAN S.A1,
BRIGEVEYOR2,
HYTROL
CONVEYOR
COMPANY3,
KOM
4
INTERNATIONAL .
1
Kauman [Internet] [consultado Mayo 1 de 2010]. Disponible en www.kauman.com
2
Bridgeveyor [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible en www.bridgeveyor.com
3
4
hytrol [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible en www.hytrol.com
Kom
International
[Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible en
www.komintl.com/pub/spa/sp-index.html
1
Por este motivo las pequeñas empresa están en la obligación de tener
sistemas de transportes muy ineficientes, por que no poseen la capacidad
económica para adquirir dichos equipos.
Por tal motivo en Colombia existen empresas como ROPIM - BANDAS
TRANSPORTADORAS5,
TALLERES MZ
LTDA6,
MAQUIMOL LTDA7,
POLEAS Y BANDAS S.A8, LUQUE INTERNACIONAL Y CIA S.A9, HD
MOVIMIENTO LTDA10. Diseñan y construyen Bandas Transportadoras con
su control de velocidad para pequeñas y medianas empresas.
En este proyecto se puede hacer uso de todas las teorías aplicadas hasta el
momento en cuanto al diseño de bandas transportadoras y control de
velocidad en motores; pero dándole una visión industrial en el transporte de
carga, iniciativa que, por demás, traerá nuevos conocimientos y posibilidades
en el uso de una aplicación tecnológica tan importante para nuestro entorno.
5
Ropim [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible en www.ropim.com
Mzmachines [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible
www.mzmachines.com/Recursos.html
7
maquimolltda [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible
www.maquimolltda.com
8
Poleas y bandas [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible
www.poleasybandas.com.co
9
Luque internacional [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible
www.luqueinternacional.com
10
Hdmovimientoltda [Internet] [consultado Mayo 26 de 2010]. Disponible
www.hdmovimientoltda.com
6
2
en
en
en
en
en
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Para los procesos industriales que incluyen líneas de ensamble o de traslado
de materiales en sus líneas de producción es indispensable el uso de bandas
transportadoras. Estas pueden presentar diferentes configuraciones y
características dependiendo del tipo de producto a transportar, del grado de
modernización de las instalaciones y de las disponibilidades de recursos
económicos de la empresa. Normalmente estos medios de transportes se
convierten en el eje de una empresa para poder distribuir su material desde
un punto a otro.
Existe una serie de dificultades en la selección de cada uno de los
componentes tanto mecánicos como en la parte del control a utilizar en una
banda transportadora. Debido a los multiplex usos que este medio de
transmisión tiene, es necesario tener en cuenta la exigencia a que están
sometidos cada uno de sus elementos, por lo cual se requiere conocer una
forma adecuada para su diseño con el fin de que la banda tenga una vida útil
prolongada y para que su forma de control sea la más eficaz en un entorno
de producción.
¿Cómo diseñar un sistema de banda transportadora y su control de velocidad
de manera que resulte eficaz y de fácil manejo para el usuario final, utilizando
datos específicos que generen mejor utilización de los componentes
mecánicos y electrónicos que se incluyen en su diseño?
3
1.3 JUSTIFICACIÓN
La realización de este proyecto contribuirá directamente a ampliar las
opciones de solución en el diseño de bandas transportadoras industriales, y
de sus respectivos controles de velocidad y en general de mecanismos de
transporte de material. El principal propósito del proyecto es lograr una
apropiación tecnológica en este campo que pueda ser puesta a disposición
de la comunidad universitaria, con el fin de que sirva de punto de partida para
futuras investigaciones en aplicaciones afines.
En el presente documento se incluyen los conceptos fundamentales en que
se basa el funcionamiento y el diseño de cintas transportadoras y la
metodología que se debe seguir al enfrentar el diseño del control de
velocidad de los motores que proporcionan el movimiento a dichas cintas.
De igual manera se pretende que el proyecto se convierta en un camino
para plantear futuros proyectos, estudios y posibles soluciones a problemas
comunes en el transporte de materiales en casos como los siguientes.
• Aplicaciones donde sea indispensable o preferible que el material
transportado no haga contacto con la banda o máquina de transporte.
• Transporte de carga a grandes distancias con requerimientos de
grandes velocidades.
• Transporte de materiales donde se requiera la manipulación de la
velocidad y de la posición del material.
4
• Aplicaciones donde se requiera trabajos de transporte continuos, 24
horas diarias.
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General:
Diseñar una banda transportadora y su respectivo control de velocidad.
1.4.2 Objetivos Específicos:
• Realizar un estudio general sobre brandas transportadoras y las
diferentes partes que la componen.
• Realizar el diseño de los componentes esenciales de una banda
transportadora lineal.
• Seleccionar el motor más adecuado para generar el movimiento de la
banda.
• Diseñar el control de velocidad del motor.
• Diseñar el software de los microcontroladores usados en el control de
velocidad del motor de acuerdo con los requerimientos establecidos.
5
1.5
ALCANCES Y LIMITACIONES
1.5.1 Alcances. Con el diseño de este sistema que incluye una banda
transportadora y su control de velocidad, se busca facilitar las labores que
pueda ejercer una persona que aplica un sistema de estas características,
reduciendo el amplio margen de búsqueda que implica realizar este tipo de
diseño.
Teniendo en cuenta la tecnología que se está implementando en estos
momentos se pensó en la utilización de microcontroladores, implementación
de motores, banda transportadora, entre otros. Todo está encaminado a la
realización del diseño de la banda transportadora y del control de velocidad
del motor que genera su movimiento, es decir se entregará el diseño de la
banda y del control de velocidad, el software de programación de cada uno
de los microcontroladores, circuito de control e interfaz de visualización.
Una característica de esta forma de diseño es la facilidad de interpretar los
cálculos y la elección de los tipos de materiales más eficientes para la
implementación de una banda transportadora y su sistema de control de
velocidad.
1.5.2 Limitaciones. Este diseño posee un rango de velocidad que oscila
entre 55,2 Rpm de entrada, con 13,8 Rpm de salida, generando en esta su
máxima y mínima velocidad, además el peso aproximado a cargar es de
2160 cm3 cuando la banda está totalmente cargada con ladrillos, el ancho
requerido para la banda es de 140mm, y su distancia en trayecto es de
140cm, es un prototipo realmente pequeño en diseño.
6
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
2.1.1 Banda Transportadora
Definición y Funciones: La función principal de la banda es soportar
directamente el material a transportar y desplazarlo desde el punto de carga
hasta el de descarga, razón por la cual se le puede considerar el componente
principal de las cintas transportadoras; también en el aspecto económico es
en general, el componente de mayor costo.
Se sabe que conforme aumenta la longitud, también crece el costo de la
banda respecto del total.
2.1.1.1 Correas de Transmisión de Potencia. Las correas de transmisión,
con refuerzo de lonas de algodón, fueron en el pasado un elemento para la
transmisión de potencia de uso muy común y hoy en día siguen teniendo
utilización en este campo.
La correa de transmisión está compuesta por capas de tejido engomado
superpuestas, sin cubiertas exteriores de goma. El ancho más normal de
fabricación, para cortar posteriormente, es de 1.400 mm (14cm).
Inicialmente
se fabricaban
exclusivamente
con
tejidos
de
algodón.
Actualmente se fabrican también con lonas de poliéster-nylon, porque
soporta gran peso en el transporte de material, y además no es una cinta
lisa, utilizada en transporte de material en minas, y esta característica genera
que el material no salga de la guía de transporte.
7
Las de tejido de algodón, se presentan normalmente en color beige. Las de
poliéster-nylon, para transporte de alimento, en color negro figura1.
Las características de los tejidos utilizados normalmente, se muestran en la
tabla 1, y son las siguientes:
Tabla 1: Tejidos para Correas de Transmisión
Urdimbre
Tejido
Algodón “L” (28 oz)
Algodón “M” (32 oz)
Poliéster-Nylon
Carga de Rotura
Mínima (Kg/cm)
60
70
100
Alargamientos (%)
Máximo
Trabajo
20
4
20
3
15
1,5
11
Trama
Carga de Rotura
Mínima (Kg/cm)
25
30
50
Nota.- En el tipo de algodón, se expresan las calidades en onzas. Una onza
equivale a 28,35 g.
A título indicativo, se resumen algunas características de este tipo de bandas
en fabricaciones más usuales, tabla 2 y tabla 3:
Tabla 2: Correas de Transmisión de Potencia con Lonas de Algodón
Número de lonas
2
3
4
5
6
7
Espesor (mm)
2
3
4
5
6
7
Tensión máx. de trabajo
16
24
32
40
48
56
(Kg/cm)
Diámetro mín. de
200
320
320
400
400
500
tambores (mm)
12
8
8
64
630
Tabla 3: Correas de Transmisión de Potencia con Lonas de Poliéster-Nylon13
Número de lonas
2
3
4
5
6
7
8
Espesor (mm)
2,5
3,8
4,9
6,1
7,3
8,5
9,8
Tensión máx. de trabajo
24
36
48
60
72
84
96
(Kg/cm)
Diámetro mín. de
200
320
320
400
400
500
630
tambores (mm)
11
http://www.kauman.com/es/products/
Ibíd.
13
Ibíd.
12
8
Como puede apreciarse, los diámetros de tambores pueden ser más bajos
que los de las bandas textiles normales, al tratarse de tejidos con mayor
capacidad de alargamiento longitudinal.
14
Figura 1: Tipos de Cintas de transmisión
2.1.1.2 Constitución de la banda
La Banda al cumplir la función de transportar, está sometida a la acción de
las siguientes influencias.
• De las fuerzas longitudinales, que producen alargamientos.
• Del peso del material entre las ternas de rodillos portantes, que
producen flexiones locales, tanto en el sentido longitudinal como en el
transversal, y ello a consecuencia de la adaptación de la banda a la
terna de rodillos.
14
Ibíd.
9
• De los impactos del material sobre la cara superior de la banda, que
producen erosiones sobre la misma.
Para soportar adecuadamente las influencias anteriores, la banda está
formada por los siguientes componentes básicos:
• Los recubrimientos, que soportan los impactos y erosiones.
• Tejido o Carcasa, que transmite los esfuerzos, consta de la urdimbre
o hilos longitudinales, y de la trama o hilos transversales; las
posiciones relativas de urdimbre y trama.
• La urdimbre, que soporta los esfuerzos de tracción longitudinales, es
en general bastante más resistente que la trama, la cual solo soporta
esfuerzos transversales secundarios, derivados de la adaptación a la
forma de artesa y de los producidos por los impactos.
• La rigidez transversal de la trama, no debe ser excesiva, con el fin
de que la banda pueda adaptarse bien a la artesa formada por la terna
de rodillos.
Los tejidos más empleados en la actualidad, se relacionan en la tabla 4.
Tabla 4: Tejidos de las bandas y su designación abreviada
15
Nombre
Común
Designación Abreviada
Algodón
B
Rayón
Z
Poliéster
E
Poliamida
P
Cables De
Acero
St
15
http://www.monografias.com - Criterios para el diseño de una cinta transportadora - Juan
Carlos Santillán Mestanza.
10
2.1.1.3 Recubrimientos
Los recubrimientos de goma sirven para unir los elementos constitutivos de la
carcasa y constan de dos partes, la superior y la inferior.
El espesor del recubrimiento de la carcasa es función del tipo de aplicación
de la banda y de la anchura de esta.
Como se ha dicho, la goma es el elemento básico de los recubrimientos;
tomando en consideración las propiedades mecánicas de resistencia,
alargamiento y abrasión, las Normas DIN 22102 y 22131, han establecido las
categorías W, X, Y, Z, las cuales se indican en la tabla 5.
Tabla 5: Propiedades de los recubrimientos W, X, Y y Z
Calidad de los recubrimientos
16
W
X
Y
Z
Resistencia a la tracción longitudinal (N/mm )
18
25
20
15
Alargamiento de rotura longitudinal (%)
400
450
400
350
90
120
150
250
2
3
Abrasión mm
2.1.2 Rodillos Soportes y Tensores.
2.1.2.1 Generalidades De Los Rodillos
Los rodillos o tambores mostrados en la figura 2, son uno de los
componentes principales de una cinta transportadora, y de su calidad
depende en gran medida el buen funcionamiento de la misma. Si el giro de
los mismos no es bueno, además de aumentar la fricción y por tanto el
consumo de energía, también se producen desgastes en los recubrimientos
de la banda, con la consiguiente reducción de la vida útil de la misma.
16
Ibíd.
11
La separación entre rodillos se establece en función de la anchura de la
banda y de la densidad del material transportado.
Figura 2: Rodillos y Tambores
17
2.1.2.2 Funciones De Los Rodillos
Las funciones que estos elementos cumplen son principalmente tres:
• Soportar la banda y el material a transportar por la misma en el ramal
superior, y soportar la banda en el ramal inferior; los rodillos del ramal
superior situados en la zona de carga, deben soportar además el
impacto producido por la caída del material.
• Contribuir al centrado de la banda. Por razones diversas la banda está
sometida a diferentes fuerzas que tienden a decentarla de su posición
recta ideal. El centrado de la misma se logra en parte mediante la
adecuada disposición de los rodillos, tanto portantes como de retorno.
• Ayudar a la limpieza de la banda. Aunque la banda es limpiada por los
rascadores, cuando el material es pegajoso pueden quedar adheridos
restos del mismo, que al entrar en contacto con los rodillos inferiores
17
www.tracsa.com.ar
12
pueden originar desvíos de la misma; para facilitar el desprendimiento
de este material se emplean rodillos con discos de goma (rodillos
autolimpiadores), figura 3.
Figura 3: Rodillos Autolimpiadores
18
2.1.2.3 Tipos De Rodillos
Los rodillos más utilizados son:
• Rodillos de Impacto; recubiertos de discos de goma para absorber los
golpes provocados por la caída de bloques en las tolvas de recepción
denotados en la figura 4.
• Rodillos de Retorno; los cuales están formados con discos de goma
figura 5.
• Rodillos de Alineación; sirven para alinear la banda dentro de la propia
instalación figura 6.
• Rodillo cilíndrico; con la superficie exterior lisa, tal como la obtenida
mediante el empleo de tubos de acero; es el más empleado figura 7.
18
www.intervenispa.com/transportadoras.html
13
Figura 4: Rodillos de Impacto19
Figura 5: Rodillo de Retorno
20
Figura 6: Rodillos de Alineación
19
Ibíd.
www.directindustry.es/prod/cintrol/rodillo
21
www.tru-trac.com/spanish/product_editorial.htm
20
14
21
Figura 7: Rodillos Cilíndricos22
2.1.2.4 Tipos De Tambores y Funciones Que Realizan.
Desde el punto de vista de las funciones que desempeñan, haremos dos
grandes grupos:
• Tambores MOTRICES, que transmiten la fuerza tangencial a la banda.
• Tambores NO MOTRICES, los cuales realizan la función de cambio de
trayectoria de la banda y las cuales pueden dividirse en (Reenvió,
Tensores, Desvió, Presión).
Dependiendo de la magnitud de la tensión se pueden clasificar en:
• Tambores Tipo A: Tambores motrices de alta tensión de la banda, con
ángulo abrazado mayor de 30° (tambores motrices).
• Tambores Tipo B: Tambores en zona de baja tensión con ángulo
abrazado mayor de 30° (tambores de cola).
• Tambores Tipo C: Tambores con ángulo abrazado menor de 30°
(tambores de desvió).
22
www.schaeffler.com
15
Tensores De Banda.
Funciones Principales:
Los Dispositivos de tensado cumplen las siguientes funciones:
• Lograr el adecuado contacto entre la banda y el tambor motriz.
• Evitar derrames de material en las proximidades de los puntos de
carga, motivados por falta de tensión en la banda.
• Compensar las variaciones de longitud producidas en la banda, estas
variaciones son debidas a cambios de tensión en la banda.
• Mantener la tensión adecuada en el ramal de retorno durante el
arranque.
Figura 8: Tensores para Banda
Tipos De Tensores.
Se clasifican:
Por su forma constructiva:
•
•
De lazo sencillo
De lazo múltiple
Por la forma de aplicar la fuerza tensora:
•
•
23
Automática
Fija
www.directindustry.es
16
23
Por el equipo mecánico que aplica la fuerza:
•
•
•
•
•
Gravedad
Husillo
Rodillo giratorio manual fijo
Rodillo giratorio eléctrico fijo
Rodillo giratorio eléctrico automático
Por la situación del equipo de tensado:
•
•
En cabeza
En cola
No todas las posibilidades de combinación entre los aspectos o formas
anteriores (figura 8), se presentan en la práctica; los más utilizados son el
tensor Automático y Fijo24.
2.1.3 Capacidad de Transporte de Bandas en General.
La capacidad de transporte depende básicamente del ancho y la velocidad
de la banda. Otros factores que intervienen son: el ángulo de artesa, el
ángulo de talud natural del material, su densidad y la inclinación del
transporte, con la corrección que se estime por las posibles irregularidades
en la carga del material.
La base del cálculo está en la superficie ocupada por el material sobre la
banda que, en función de la velocidad, da el volumen transportado.
Se parte de la capacidad teórica Qm (tabla 6), que corresponde a un
transporte horizontal en condiciones de alimentación y distribución de los
materiales totalmente regulares. Como se refiere a m3/h y a una velocidad de
1 m/seg, habrá que multiplicar este valor por la velocidad v y por el peso
específico aparente del material, d. Figura 9.
24
http://www.monografias.com - Criterios para el diseño de una cinta transportadora - Juan
Carlos Santillán Mestanza.
17
Figura 9: Angulo β formado por el Talud25
Este valor se corrige en función de la inclinación del transporte según el
coeficiente K tabla 7, y el ángulo de talud natural del material tabla 8. Por
último, se reduce el resultado en el porcentaje que se estime por
irregularidad de la carga (oscila normalmente entre el 0% y el 50%).
QM Para V = 1m/seg. En m3/h
3
26
Tabla 6: CAPACIDAD DE TRANSPORTE QM PARA V = 1M/SEG. EN M /H
Montaje
Montaje en Artesa (para valores de indicados)
Ancho en
mm
400
Plano
20º
25º
30º
35º
40º
45º
23
42
47
51
54
56
58
450
30
55
61
67
70
73
76
500
38
70
77
84
89
93
96
550
48
87
96
105
111
115
119
600
58
106
116
127
134
139
145
650
69
126
139
151
160
166
173
700
81
148
163
178
188
195
203
750
94
172
189
206
218
227
235
800
108
198
217
237
251
261
271
850
123
225
247
270
286
297
308
900
139
254
280
305
323
335
348
950
156
285
314
342
362
376
391
1.000
173
318
350
381
404
420
436
25
26
Ibíd.
Ibíd.
18
Tabla 7: VALORES DE "K"27
Inclinación
K
0
1
2
1
4
0,99
6
0,98
8
0,97
10
0,95
12
0,93
14
0,91
16
0,89
18
0,85
20
0,81
21
0,78
22
0,76
23
0,73
24
0,71
25
0,68
26
0,66
27
0,64
28
0,61
29
0,59
30
0,56
Ángulo
Talud
10
20
30
TABLA 8: COEFICIENTES DE CORRECCIÓN SEGÚN TALUD
Montaje
Montaje en Artesa (para valores de
Plano
20º
25º
30º
35º
0,50
0,77
0,79
0,82
0,84
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,50
1,24
1,21
1,19
1,17
28
indicados)
40º
0,86
1,00
1,16
45º
0,87
1,00
1,14
2.1.4 Potencia de Accionamiento.
La potencia de accionamiento se calcula desglosándola en cuatro
componentes:
27
28
Ibíd.
Ibíd.
19
N1.- Potencia necesaria para mover la banda descargada. Depende del peso
de las partes móviles, el coeficiente de fricción en los rodillos de apoyo, la
longitud, la inclinación y la velocidad de la banda. Su valor en CV, viene dado
por:
N2.- Potencia necesaria para vencer las resistencias de rozamiento al
movimiento de la carga. Depende de los mismos factores del apartado
anterior, con la diferencia de que sólo se considerará el peso de la carga a
transportar. Su valor en CV, viene dado por:
N3.- Potencia necesaria para elevar la carga. Dependerá de la cantidad de
material a transportar, la velocidad y la (±) altura. La propia banda no se
considera, ya que compensa la parte ascendente con la descendente. Su
valor en CV, viene dado por:
Nt.- Potencia necesaria para accionar descargas intermedias ("tripper")
La altura de elevación del "tripper" ha de sumarse a la del transporte en los
cálculos anteriores. Además, se añadirán las potencias indicadas en la tabla
9.
20
Tabla 9: Potencia Absorbida por el "TRIPPER" Nt, en CV29
Ancho de la Banda
"Tripper" Fijo
"Tripper" Móvil
hasta 650
1,00
1,70
de 650 a 800
1,70
2,70
de 1.000 a 1.200
2,90
4,30
de 1.200 a 1.600
4,70
6,80
Potencia Total Necesaria = N1 + N2 + N3 + Nt
En estas fórmulas aparece un coeficiente C que tiene por objeto compensar
algunos efectos tales como el aumento de las resistencias por suciedad en
cojinetes y rodamientos, resistencias imprevistas, etc. Sus valores se
resumen en la tabla 10 y 11. Los valores son empíricos.
Tabla 10: Valores del Coeficiente “C” ( L, longitud de transporte, en metros)30
L 3
4
5
6
8
10 12,5 16 20 25 32
40
C 9
7,6 6,6 5,9 5,1 4,5 4
L 50 63 80
100 125 160 200
C 2,2 2
1,85 1,7 1,6 1,5 1,4
3,6 3,2 2,9 2,6 2,4
250 320 400 500 1000
1,3 1,2 1,1 1,05 1,05
Tabla 11: Coeficientes de Fricción en los Rodillos (f)31
Tipo de Cojinete
Estado
Valor de f
Rodamiento
Favorable
Normal
Desfavorable
Fricción
0,018
0,020
0,023 – 0,030
0,050
Siendo, en las fórmulas anteriores:
N1:
Potencia necesaria para mover la banda descargada (CV).
N2:
Potencia necesaria para vencer las resistencias al movimiento de la
carga (CV).
N3:
Potencia necesaria para elevar la carga (CV).
29
Ibíd.
Ibíd.
31
Ibíd.
30
21
Nt:
Potencia necesaria para accionar descargas intermedias (“tripper”)
(CV).
C:
Coeficiente según la longitud de transporte tabla 10.
f:
Coeficiente de rozamiento en rodillos tabla 11.
L:
Longitud del transporte en metros.
v:
velocidad de la banda (m/seg.).
Gm:
Peso de las partes móviles (= 2 — Gg — cos + Gs) en Kg/m.
Gg:
Peso por metro lineal de banda en Kg/m.
:
Ángulo de inclinación del transporte, en grados.
Gs:
Peso de las partes giratorias de los rodillos soporte en el ramal
superior, en Kg/m.
Gi:
Peso de las partes giratorias de los rodillos soporte en el ramal inferior,
en Kg/m.
Qt:
Capacidad real de transporte (Tm/h).
H:
Altura vertical de transporte, en metros.
2.1.5 Correa de transmisión:
Como bases para el cálculo de una correa de transmisión, podemos dar las
siguientes:
• Las velocidades de trabajo aconsejables, están entre 4 y 25 m/seg.
• La potencia de accionamiento necesaria, será la suma de las
potencias individuales a transmitir, teniendo en cuenta un exceso
según la suciedad del ambiente de trabajo, que puede suponer hasta
un 40% en más, para aquellos casos de servicio continuo en
condiciones duras.
• La tensión máxima de trabajo, vendrá dada por la siguiente fórmula:
22
Siendo:
T.- tensión máxima de la banda, en kilos.
Na.- potencia de accionamiento, en CV
v.- velocidad del transportador, en m/seg.
K.- coeficiente, según ángulo de abrazamiento en la polea
menor tabla 12.
Tabla 12: Ángulo de Abrazado y valor K
Ángulo Abrazado en la
Polea Menor (Grados)
90
110
120
130
140
150
160
180
210
240
32
Valor de
“K”
3,3
2,9
2,7
2,5
2,4
2,2
2,1
2,0
1,8
1,7
Para seleccionar el tipo de correa de transmisión más adecuado, habrá que
calcular la carga que va a soportar en kilos por centímetro de ancho y ver el
número de lonas que en cada caso son necesarias, contando con un
coeficiente de seguridad del orden de 12 para la resistencia de cada lona.
Es decir:
32
Ibíd.
23
Siendo:
T.- tensión máxima de la banda, en kilos.
Tu.- tensión por centímetro de ancho de la banda
A.- ancho de la banda en cm.
n.- número de lonas necesario
Tl .- tensión admisible en cada lona, en Kg/cm. tabla 13.
33
Tabla 13: Valores de Tensión admisible
Valores de Tensión Admisible en cada Lona
(Tl), en Kg/cm.
Tipo de Lona
Tl
Algodón “L” (28 oz)
5,0
Algodón “M” (32 oz)
5,8
Poliéster-Nylon
8,3
2.1.6 Microcontrolador: Un microcontrolador es un circuito integrado o chip
que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora:
un
Procesador CPU (Unidad Central de Proceso), Memoria RAM para
Contener los datos. Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM y
Líneas de E/S para comunicarse con el exterior, Diversos módulos para el
control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, CAD:
Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.).
Es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado.
Puede verse su esquema en la figura 10.
33
Ibíd.
24
Figura 10: Esquema de un microcontrolador34
Las extensas áreas de aplicación de los microcontroladores, que se pueden
considerar ilimitadas, como pueden ser juguetes, horno microondas,
frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de
arranque de nuestro coche, etc.
Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos
incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico
sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit)
por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música
y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit
y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un
sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un
microcontrolador de 16 bits, al igual que el sistema de control electrónico del
motor en un automóvil.
Cabe mencionar también que uno de los sectores que más emplea el uso del
microcontrolador es el mercado automovilístico. De hecho, algunas de las
familias de microcontroladores actuales se desarrollaron pensando en este
sector, siendo modificadas posteriormente para adaptarse a sistemas más
genéricos. El mercado del automóvil es además uno de los más exigentes,
34
Imagen: Microcontrolador. jpg - http://es.wikipedia.org/wiki/
25
los componentes electrónicos deben operar bajo condiciones extremas de
vibraciones, choques, ruido, etc. Y deben seguir siendo fiables.
En cuanto a las técnicas de fabricación, cabe decir que prácticamente la
totalidad de los microcontroladores actuales se fabrican con tecnología
CMOS 4 (Complemento de metal Oxido Semiconductor). Esta tecnología
supera a las técnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al
ruido. La distribución de las ventas según su aplicación es la siguiente:
• Un 30% se absorbe en las aplicaciones relacionadas con los
ordenadores y sus periféricos.
• Otro
25%
se
utiliza
en
las
aplicaciones
de
consumo
(electrodomésticos, juegos, TV, vídeo, etc.)
• El 20% de las ventas mundiales se destina al área de las
comunicaciones.
• Un 15% es empleado en aplicaciones industriales.
• El
resto
de
los
microcontroladores
vendidos
en
el
mundo,
aproximadamente un 10% fueron adquiridos por las industrias de
automoción.
También los modernos microcontroladores de 32 bits van afianzando sus
posiciones en el mercado, siendo las áreas de más interés el procesamiento
de imágenes, las comunicaciones, las aplicaciones militares, los procesos
industriales y el control de los dispositivos de almacenamiento masivo de
datos.
Un microcontrolador difiere de una CPU normal, en que es más fácil
convertirlo en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips
externos de apoyo.
26
Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que
todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los
módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de
información35.
2.1.7 Resistencias: Se denomina resistencia o resistor (en lenguaje técnico)
al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica
determinada entre dos puntos de un circuito. En otros casos, como en las
planchas, calentadores, etc., las resistencias se emplean para producir calor
aprovechando el Efecto Joule. Es frecuente utilizar la palabra resistor como
sinónimo de resistencia. En la Figura 11 puede verse algunos tipos de
resistencias.
Figura 11. Esquema físico de resistencias
36
La corriente máxima de una resistencia viene condicionada por la máxima
potencia que puede disipar su cuerpo.
Tolerancia: En las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir
entre la capacitancia real del resistor y la capacidad indicada sobre su
cuerpo.
Código de colores: Para caracterizar una resistencia hacen falta tres
valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión o tolerancia.
Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del
35
http://www.monografias.com/trabajos18/descripcion-pic/descripcion-pic.shtml
g/wiki/Imagen:6_different_resistors.jpg- http://es.wikipedia.or
36
27
tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las
fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores,
el valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un
número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se
obtiene el resultado en Ohmios. El coeficiente de temperatura únicamente se
aplica en resistencias de alta precisión (tolerancia menor del 1%). tabla 14.
Tabla 14. Código de colores
37
2.1.8 Condensador: Básicamente un condensador es un dispositivo capaz
de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por
armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un
material dieléctrico colocado entre estas.
Un condensador tiene una serie de características como la capacitancia, la
tensión de trabajo, la tolerancia y la polaridad. En la figura 11 se observa
esquematizado un condensador, con las dos láminas, placas o armaduras, y
el dieléctrico entre ellas.
37
wiki/Codigo_de_colores/ http://es.wikipedia.org
28
En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las
armaduras y se les deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que
el dieléctrico es el aire.
Figura 12: Esquema del condensador
38
Características de un condensador.
Capacitancia: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan
grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como
(µF = 10 )F ,
picofaradios ( pF = 10 )F .
−6
microfaradios
nanofaradios
(nF = 10 )F
−9
y
−12
Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede soportar un
condensador. Depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté
fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse
(quedar cortocircuitado) y/o explotar.
En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma
que nunca trabaje a una tensión superior a la máxima.
38
cursillo/tema2/tema2.3.jpg/ http://www.planetaelectronico.com
29
Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad
superior a 1 µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión
prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los
inferiores a 1µF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los
que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.
2.1.9 Motores DC: El motor de corriente continua es una máquina que
convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el
movimiento rotatorio, la figura 13, muestra algunos motores de corriente
continua.
En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores
eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas
modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen
como motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las
más versátiles en la industria39. Su fácil control de posición, par y velocidad la
han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y
automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica han caído
en desuso pues los motores de corriente alterna del tipo asíncrono, pueden
ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor
medio de la industria. A pesar de esto el uso de motores de corriente
continua continúa y se usan en muchas aplicaciones de potencia (trenes y
tranvías) o de precisión (máquinas, micromotores, etc.)
A diferencia del motor paso a paso y los servomecanismos, los motores DC
no pueden ser posicionados y/o enclavados en una posición específica.
Estos simplemente giran a la máxima velocidad y en el sentido que la
alimentación aplicada les permite40.
39
40
aegi.euitig.uniovi.es/ficheros/21_m/teo/Engranajes_3.pdf
www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.pdf
30
Figura 13: Motores DC41
El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales
figura 14.
Rotor y Estator:
42
Figura 14: Partes del motor DC
a). Rotor
b). Estator
Dentro de éstas se ubican los demás componentes como:
• Escobillas y porta escobillas
• Colector
• Eje
• Núcleo y devanado del rotor
• Imán Permanente
• Armazón
• Tapas o campanas
41
42
/documentos/dc-motor.pdf/ www.todorobot.com.ar
Ibíd.
31
Puerto paralelo: El puerto paralelo se utiliza generalmente para manejar
impresoras. Sin embargo, dado que este puerto tiene un conjunto de
entradas y salidas digitales, se puede emplear para hacer prácticas
experimentales de lectura de datos y control de dispositivos. Es ideal para
ser usado como herramienta de control de motores, relés, LED's, etc. El
mismo posee un bus de datos de 8 bits (Pin 2 a 9) y muchas señales de
control, algunas de salida y otras de entrada que también pueden ser usadas
fácilmente.
Las PC's generalmente poseen solo uno de estos puertos (LPT1) pero con
muy poco dinero se le puede adicionar una tarjeta con un segundo puerto
paralelo (LPT2).
Como regla general la dirección hexadecimal del puerto LPT1 es igual a
0x378 (888 en decimal) y 0x278 (632 en decimal) para el LPT2. Esto se
puede verificar fácilmente en el setup de la PC o bien en el cartel que
generalmente la PC muestra en el momento del arranque. Puede darse el
caso que el LPT1 asuma la dirección 0x3BC (956 en decimal) y el LPT2
0x378, en cuyo caso habrá que corregir el setup y/o los jumper de las tarjetas
en caso que sea posible.
El puerto paralelo usa un conector tipo D-25. Este puerto de E/S envía datos
en formato paralelo (donde ocho bits de datos, formando un byte, se envían
simultáneamente sobre ocho líneas individuales en un solo cable)43, figura
15.
43
http:// www.Monografias.com.-Conectores.htm
32
Figura 15: Diagrama puerto paralelo44
Cadenas De Transmisión De Potencia: En la figura 16, se muestra una
cadena de transmisión de potencia, compuesta por placas interiores y
exteriores que se alternan sucesivamente y unidas entre sí, de una forma
articulada.
Articulación: Pasador en unión con la placa exterior, Casquillo unido a los
agujeros de las placas interiores y rodillo, montado con holgura en el
casquillo.
Rodillo: Disminuye el desgaste de los dientes de las ruedas.
Figura 16: Cadena de Transmisión de Potencia
44
45
http:// www.Monografias.com.-Conectores.htm
http://www.rema.com.co/Productos/Transmision.html.
33
45
2.2
MARCO LEGAL O NORMATIVO
El siguiente es un aparte de la resolución 627 emitida por el ministerio del
medio ambiente y que establece la norma nacional de ruido y ruido
ambiental.
MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL
RESOLUCIÓN NÚMERO (627) 07 de abril de 2006.
Por la cual se establece la norma nacional de emisión de ruido y ruido
ambiental.
LA MINISTRA DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL.
En ejercicio de sus facultades legales, en especial de las contenidas en el
Artículo 33 del Decreto Ley 2811 de 1974, el Artículo 5 de la Ley 99 de 1993,
y el Artículo 14 del Decreto 948 de 1995, y CONSIDERANDO que
corresponde al Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, de
acuerdo con los numerales 10, 11 y 14 del Artículo 5 de la Ley 99 de 1993,
determinar las normas ambientales mínimas y las regulaciones de carácter
general aplicables a todas las actividades que puedan producir de manera
directa o indirecta daños ambientales y dictar regulaciones de carácter
general para controlar y reducir la contaminación atmosférica en el territorio
nacional.
Que de conformidad con el Artículo 14 del Decreto 948 de 1995, el Ministerio
de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, fijará mediante resolución la
norma nacional de emisión de ruido y norma de ruido ambiental para todo el
territorio nacional.
34
RESUELVE
CAPITULO I
DE LAS DISPOSICIONES GENERALES
Artículo 1. Definiciones: Para efectos de la correcta aplicación del presente
acto administrativo, se adoptan las definiciones contenidas en el Anexo 1, el
cual hace parte integral de esta resolución. Los términos técnicos no
definidos expresamente, deberán asumirse de acuerdo con el glosario
publicado por la International Standard Organization (ISO), en especial las
definiciones contempladas en la ISO 1996.
Artículo 2. Horarios: Para efectos de aplicación de esta resolución, para todo
el territorio nacional, se establecen los siguientes horarios.
DIURNO NOCTURNO
De las 7:01 a las 21:00 horas De las 21:01 a las 7:00 horas.
Artículo 3. Unidades de Medida: La presión sonora se expresa en Pascales,
los niveles de presión sonora se expresan en decibeles (dB). Las medidas
deben indicar el filtro de ponderación frecuencial utilizando (A, C, D u otro) y
el filtro de ponderación temporal F, S o I según sea rápida, lenta o de impulso
(Fast, Slow o Impulse, en inglés). Para todas las mediciones y cálculos, la
presión sonora de referencia es 20µPa.
CAPÍTULO II
DE LA EMISION DE RUIDO
Artículo 8. Cálculo de la Emisión o Aporte de Ruido: La emisión o aporte
de ruido de cualquier fuente se obtiene al restar logarítmicamente, el ruido
residual corregido, del valor del nivel de presión sonora corregido continuo
equivalente ponderado A, LRAeq,T -, como se expresa a continuación:
35
Leqemisión = 10 log (10 (LRAeq,1h)/10 - 10 (LRAeq, 1h, Residual) /10)
Donde:
Leqemisión: Nivel de emisión de presión sonora, o aporte de la(s) fuente(s)
sonora(s), ponderado A.
LRAeq,1 h: Nivel corregido de presión sonora continúo equivalente ponderado
A, medido en una hora.
LRAeq,1
h, Residual:
Nivel corregido de presión sonora continuo equivalente
ponderado A, Residual, medido en una hora.
Parágrafo: En caso de no poderse evaluar el ruido residual, se toma el nivel
percentil L90 corregido y se utiliza a cambio del valor del ruido residual
corregido.
Artículo 9. Estándares Máximos Permisibles de Emisión de Ruido: En la
Tabla de la presente resolución se establecen los estándares máximos
permisibles de niveles de emisión de ruido expresados en decibeles
ponderados A (dB(A)):
36
Estándares máximos permisibles de niveles de emisión de ruido expresados en decibeles
DB(A)
Estándares máximos permisibles
de niveles de emisión de ruido en
Sector
Subsector
dB(A)
Sector
Tranquilidad
Silencio
Día
Noche
55
50
65
55
Zonas con usos permitidos
industriales, como industrias en
general,
zonas
portuarias,
parques
industriales,
zonas
francas.
75
75
Zonas con usos permitidos
comerciales,
como
centros
comerciales, almacenes, locales o
instalaciones de tipo comercial,
talleres de mecánica automotriz e
Ruido industrial, centros deportivos y
recreativos,
gimnasios,
restaurantes, bares, tabernas,
discotecas, bingos, casinos.
70
60
65
55
80
75
55
50
A.
Hospitales, bibliotecas, guardería
y
s, sanatorios, hogares geriátricos.
Zonas
residenciales
o
exclusivamente destinadas para
desarrollo habitacional, hotelería y
Sector
B. hospedajes.
Tranquilidad
y Universidades, colegios, escuelas,
Ruido Moderado
centros de estudio e investigación.
Parques en zonas
diferentes
a
los
mecánicos al aire libre.
Sector C.
Intermedio
Restringido
urbanas
parques
Zonas con usos permitidos de
oficinas.
Zonas con usos institucionales.
Zonas
con
otros
usos
relacionados,
como
parques
mecánicos al aire libre, áreas
destinadas
a
espectáculos
públicos al aire libre.
Residencial suburbana.
Sector
D.
Zona
Suburbana o Rural
de Tranquilidad y
Ruido Moderado
Rural habitada destinada
explotación agropecuaria.
a
Zonas de Recreación y descanso,
como
parques
naturales
y
reservas naturales.
37
SISTEMAS DE GESTION AMBIENTAL BAJO LA NORMA ISO NTC ISO
14000
CONCEPTOS BÁSICOS DE LA NORMA ISO 14000
Así como la certificación ISO 9000 se está imponiendo en mercados
nacionales e internacionales, según los entendidos, la certificación ISO
14000, tendrá también un peso importante para el establecimiento de
relaciones comerciales.
A través de las normas ISO 14000, se mejora el cumplimiento de los
requerimientos ambientales y/o de otros compromisos asumidos por la
organización, de tal forma que, es posible demostrar en cualquier momento,
conformidad legal ante la autoridad ambiental, evitándose así sanciones que
además de deteriorar la imagen pública deja pérdidas en la organización.
Desde este punto de vista, los recursos económicos requeridos para el
sistema de administración ambiental no son gastos sino inversiones.
BENEFICIOS DE IMPLEMENTAR ISO 14000
• Una certificación con ISO 14000 da credibilidad ante las partes
interesadas.
• Reduce los riesgos ambientales, un sistema de administración
ambiental permite detectar los riesgos ambientales y prepararse
adecuadamente para evitarlos, por lo tanto es conveniente analizar
que es más costoso el accidente que su prevención.
• Acceso a incentivos económicos. Varios países poseen este tipo de
estímulos y en la actualidad, se estudia su aplicación en Colombia.
• El sistema de administración ambiental es una herramienta para
prevenir la contaminación y reducir los desechos en forma rentable.
38
• Permite tener buen nombre ante la comunidad y enfrentar las
presiones
de
grupos
ambientalistas
y
organizaciones
no
gubernamentales.
• Permite mejorar condiciones relacionadas con la seguridad industrial y
salud ocupacional.
• Desde el punto de vista económico, un sistema de administración
ambiental permitirá hacer ahorros dentro de la organización, por
ejemplo, es más económico prevenir un derrame que recogerlo y
mitigar los impactos ambientales causados; es más económico
prevenir la contaminación, que manejarla después de haber sido
generada.46
3
METODOLOGÍA
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
La investigación y desarrollo del proyecto se fundamentaron en un enfoque
Empírico-Analítico, ya que la teoría fue la base del proyecto, que luego fue
evaluada con métodos de diseño y optimización creciente, partiendo desde
un inicio claro, fundamentado por la teoría hasta la terminación del trabajo
justificado por la relación Teoría-Analítica, que se desarrollo durante las
diferentes etapas del proyecto.
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD /
CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA
Las LÍNEAS INSTITUCIONALES son:
Las tecnologías actuales y sociedad, por que relacionan muchos avances
tecnológicos en relación al beneficio que puede aportarle a la humanidad.
Las SUB-LÍNEAS de la facultad que se va a emplear en este proyecto Son:
46
http://www.monografias.com/trabajos4/iso14000/iso14000.shtml
39
Instrumentación y control de procesos, interpreta de modo esquemático que
control se debe implementar, que variables se van a comparar, y además
como se identifica cada elemento de instrumentación en el sistema.
Los CAMPOS DE INVESTIGACIÓN se desarrollaran en:
Diseño y control, porque se evidencian los tipos de manejo que se pueden
dar en cualquier proceso, utilizando la lógica, como uno de los parámetros
importantes en la solución de problemas, y el diseño de tipo ingenieril que
además genera varias alternativas de utilización de un control en un proceso
industrial.
3.3 HIPÓTESIS
Una banda transportadora en la cual la pieza de transporte no toque la pista
mejora la eficiencia del sistema en cuanto a consumo de energía y a
capacidad de transporte de carga.
3.4 VARIABLES
Las Variables que se van a controlar en el presente diseño son las
siguientes:
Eficiencia en el consumo de energía: es la relación entre la cantidad de
energía entregada al sistema (banda) y la cantidad de energía aprovechable
para realizar trabajo. Se tendrá en cuenta la energía eléctrica consumida en
bandas convencionales comparadas con la banda transportadora para
trayectorias y pesos a transportar de iguales características.
Control de velocidad y aceleración: es hacer que la velocidad y aceleración
con que se desplaza el carro de transporte se mantenga dentro de un rango
deseado.
40
Manipulación de corrientes y tiempos: se refiere a mantener la magnitud de la
corriente y los tiempos de activación y desactivación del motor dentro de un
rango establecido.
3.4.1 Variables Independientes
• Control de la banda.
• Precisión en el peso a transportar.
• Tiempo que tarda la banda en dar una vuelta.
• Control de velocidad y aceleración.
3.4.2 Variables Dependientes
• Torque del motor banda y piñón de accionamiento.
• Voltaje.
• Velocidad del motor.
• Velocidad de transporte de material.
41
4. DESARROLLO INGENIERIL
Para realizar el diseño de la banda transportadora y del control de velocidad
del motor, se dividió en etapas el siguiente diagrama de bloques Figura 17.
• Etapa 1: Mecánica: Motor y Banda transportadora.
• Etapa 2: Electrónica: Circuito de Control.
• Etapa 3: Sensor: LED Infrarrojo.
Figura 17: Diagrama de bloques del sistema
Etapa 1: Mecánica: Diseño de Banda Transportadora y Motor:
La fase mecánica se orientó básicamente al diseño de cada uno de los
elementos más importantes que tiene la banda. Se obtuvo información
detallada y se realizo un estudio minucioso de los diferentes componentes
que constituyen una banda transportadora, como son: el eje transversal, los
rodillos, el Motoreductor, los piñones, las cadenas de transmisión de potencia
y el soporte de la banda transportadora, necesarios para el diseño y óptimo
funcionamiento del sistema, teniendo en cuenta que esta será empleada para
el transporte de ladrillo.
42
4.1 DISEÑO DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES MECANICOS DE LA
BANDA TRANSPORTADORA.
En el proceso de diseño de la banda transportadora realizado en este
proyecto se tomo en cuenta:
a) Estructura
soportante:
La
estructura
soportante
de
una
cinta
transportadora está compuesta por perfiles tubulares o angulares, formando
en algunos casos verdaderos puentes que se fijan a su vez, en soportes o
torres estructurales apernadas o soldadas en una base solida.
b) Elementos deslizantes: Son los elementos sobre los cuales se apoya la
carga, ya sea en forma directa o indirecta, perteneciendo a estos los
siguientes:
• Correa o banda: La correa o banda, que le da el nombre a estos
equipos, tendrá una gran variedad de características, y su elección
depende en gran parte del material a transportar, velocidad, esfuerzo
o tensión a la que sea sometida, capacidad de carga a transportar,
etc.
• Polines: Generalmente las bandas transportadoras que poseen estos
elementos incorporados a su estructura básica de funcionamiento, son
del tipo inerte, la carga se desliza sobre ellos mediante un impulso
ajeno a los polines y a ella misma.
c) Elementos motrices: El elemento motriz de mayor uso en las bandas
transportadoras es el del tipo eléctrico, variando sus características según la
exigencia a la cual sea sometido. Además el Motorreductor, las poleas, los
engranajes, son otros de los elementos que componen el sistema motriz.
43
d) Elementos tensores: Son los elementos que permiten mantener la tensión
en la correa o banda, asegurando el buen funcionamiento del sistema.
e) Tambor motriz y de retorno: La función de los tambores es actuar como
poleas, las que se ubicaran en el comienzo, centro y fin de la banda
transportadora. Para su selección se tuvieron en cuenta factores como:
potencia, velocidad, ancho de banda, entre otros.
4.1.1 CALCULO GENERAL PARA EL DISEÑO MECANICO
Ubicación del material
47
Figura 18: Holgura de la banda
Calculo de la holgura de la banda.
Se denomina holgura a la diferencia que existe entre las dimensiones de dos
piezas en el lugar donde se acoplan. La holgura de la banda se ubica en los
costados de la banda; en la Figura 18 aparece como D. Esta permite tener un
margen de espacio utilizado para impedir que el material a transportar salga
de la banda. Evitando así desperdicio de material.
D = 0,055xB + 0,9pulg.48
Siendo: D= holgura de la banda (plg.)
= ancho de la banda (plg.)
47
48
http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm
Ibíd.
44
Las unidades que se presentan están expresadas en milímetros, para la
holgura de esta banda las unidades deben estar expresadas en pulgadas,
así:
1 Plg. → 25.4 mm
X
← 150mm → distancia total del recorrido en la banda
x = 150mm x 1 Plg / 25,4mm
x = 5,905 Plg
Ancho de la banda en pulgadas
Entonces:
D = 0,055x 5,905Plg + 0,9Plg
D = 1,224 Plg
Calculo del ancho plano de la banda (material)
El ancho plano de la banda es donde se ubica el material al ser transportado.
0.371*B49
Entonces el ancho plano de la banda para el material es:
0.371x 5,905 Plg = 2,190 Plg
Siendo:
= ancho de la banda (plg.)
Calculo del área del material a transportar (Ladrillos).
Esto se hace para saber el área específica que ocupa cada ladrillo en la
banda, obteniendo así cuantos ladrillos pueden ser transportados por vuelta.
A = h*b
A = 5cm * 8cm
A = 40 cm2
Siendo:
49
= área del material (cm2)
Ibíd.
45
= altura del material (cm)
= base del material (cm)
Calculo de la cinta completamente cargada.
Evidencia el peso de la cantidad de material que se puede transportar por
cada vuelta que dé la banda, además se puede saber cuánto peso maneja el
sistema durante el periodo de utilización.
Vc = L*A
Vc = 54 cm * 40 cm2
Vc = 2160 cm3
Siendo:
= cinta completamente cargada (cm3)
= largo de la cinta (cm)
= área del material (cm2)
Calculo de la distancia entre polines.
Para la determinación de la distancia entre polines, se utiliza los datos
contenidos en la tabla 15, la cual nos entrega el espacio recomendado entre
polines:
50
Tabla 15: Espacio sugerido entre rodillos
ANCHO DE
BANDA PLG.
14
18
24
30
36
42
48
54
60
72
50
ESPACIO SUGERIDO DE RODILLOS DE CARGA Y DE RETORNO
PESO DEL MATERIAL EN LB/PIE3
RODILLOS DE
RETORNO
35
50
75
100
125
150
51/2
51/2
5
5
5
41/2
41/2
41/2
4
4
5
5
41/2
41/2
41/2
41/2
4
4
4
31/2
5
5
41/2
41/2
4
4
4
31/2
31/2
31/2
5
5
4
4
4
31/2
31/2
31/2
3
3
Ibíd.
46
41/2
41/2
4
4
31/2
31/2
31/2
3
3
3
41/2
41/2
4
4
31/2
3
3
3
3
21/2
10
10
10
10
10
10
9 a 10
9 a 10
9 a 10
9 a 10
Cabe destacar que la distancia sugerida entre rodillos puede variar
dependiendo del criterio del diseñador.
4.1.1.1 Eje Transversal: El eje transversal es el elemento que atraviesa
cada uno de los cuatro rodillos que posee este diseño de banda
transportadora, originando así el soporte de los rodillos.
Calculo del torque en el eje del tambor motriz
T = 4500*P
2*n
51
T = 4500*17,20HP
2 * 13,8rpm
T = 2,804kp*m
Siendo:
= torque en el eje del tambor motriz. (Kp*m)
= potencia. (HP)
= revoluciones por minuto de salida. (rpm)
Calculo del diámetro del eje del tambor motriz, también empleado para
los ejes de transporte.
Para obtener el diámetro del eje debemos recordar que para el cálculo del
momento de inercia podemos utilizar diferentes formulas, es así como el
diámetro estará dado por la siguiente ecuación52:
Ip = π * d4
32
Por despeje tenemos que el diámetro será igual a:
51
52
Ibíd.
Ibíd.
47
D = √ 32*Ip
π
D = √32*3,79cm4
3,141516
D= 3,5cm
Siendo: D = diámetro del eje. (cm)
Ip = momento de inercia (3.79 cm4). Para acople plano.
El tamaño de este eje se obtiene por recomendaciones de constructores de
bandas transportadores a gran escala y este es un diseño empíricamente
funcional.
Además los ejes están hechos de hierro cromado un material resistente, el
cual permite manejar gran peso de carga de material.
4.1.1.2
Rodillos:
Los
rodillos
son
parte
esencial
en
una
banda
transportadora. Este diseño con banda transportadora consta de 1 rodillo de
accionamiento, 2 de soporte de material y 1 de retorno, que conforman un
grupo de cuatro rodillos en total, los cuales son 3 de impacto y 1 de retorno.
Esto con el fin de que haya un buen soporte en la caída de material, y que
haya un buen retorno al momento de dar una vuelta la banda transportadora.
Calculo de la fuerza Auxiliar en el tambor
Fpt = P efectiva*1000
V
Fpt = 23,9944w * 1000
0,5m/s
Fpt = 479988,8 N
48
Siendo:
= fuerza periférica en el tambor. (N)
= potencia efectiva. (w)
= velocidad. (m/s)
Calculo del diámetro mínimo del tambor de accionamiento, aplicado
también a los tambores de transporte53.
Dt = 5,84*Pot.Efectiva*106
V*β*A
Dt = 5,84*23,9944w*106
0,5m/s*180º*150mm
Dt = 10,37mm
Siendo:
= diámetro mínimo del tambor. (mm)
Pot.efectiva = potencia efectiva. (w)
= velocidad. (m/s)
= Angulo de abrazamiento. (º)
= ancho de la banda. (mm)
Calculo del número de revoluciones del tambor de accionamiento.
Nt = V*19.10054
Dt
Nt = 0,5 m/s * 19.100
10,37 mm
Nt = 0,92 * 60
Nt = 55,2 Rpm
53
54
http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm
Ibíd.
49
Siendo:
Nt= revoluciones del tambor de accionamiento. (1/min)
= velocidad. (m/s)
= diámetro tambor seleccionado. (mm)
Calculo de la relación de reducción.
Rpm (Salida) = Revoluciones del tambor de accionamiento, sobre el numero
de rodillos de los transportadores. En este caso 4. Entonces:
Rpm (Salida) = 55,2 rpm / 4
Rpm (Salida) = 13,8 Rpm
I = rpm (entrada)
rpm (Salida)
I = 55,2 rpm entrada
13,8 rpm salida
I=4
Siendo: I = relación de reducción.
Rpm (entrada)= revoluciones por minuto de
entrada. (1/min)
Rpm (Salida) = revoluciones por minuto de
salida. (1/min)
Se sugiere que los rodillos se fabriquen en tubos galvanizados para evitar
oxidación y permitir más estabilidad en el soporte.
Descripción general
El rodillo presenta una serie de diferencias con los rodillos que actualmente
existen en el mercado que lo definen como un rodillo 'distinto' y con unas
posibilidades de rendimiento muy superiores a los rodillos convencionales:
50
Figura 19. Rodillo de acople plano para una cinta transportadora55
Sistema de obturación.
El sistema de obturación, clave en la vida del rodillo, es lo verdaderamente
revolucionario del rodillo, dado que se ha conseguido superar la expresión de
que a más cerrado este el sistema corresponderá a un mayor esfuerzo de
arranque. Nuestro sistema tal como puede verse en la figura 19, garantiza
totalmente la estanqueidad por medio de las tres piezas que lo componen:
tapa, retén laberíntico y cierre laberíntico, ocupando menos espacio que los
sistemas convencionales y con sólo el esfuerzo de arranque correspondiente
al único labio del retén.
La tapa, solidaria con el eje y abocada al cubo, presenta un primer obstáculo
a la entrada de cualquier tipo de partícula sólida, permitiendo en cambio la
entrada y salida de líquido.
55
Ibíd.
51
El retén laberíntico, ajustado por forma y diámetro en su exterior con el cubo,
cierra totalmente el paso por esta zona a líquidos, sólidos o gases, y su labio,
de inferior diámetro que el eje, queda combado sobre el mismo, presentando
su arista como única zona de rozamiento. Una ventaja adicional del sistema
estriba en el hecho, ya mencionado anteriormente, del poco espacio ocupado
por todo el sistema de obturación, lo cual permite acercar el rodamiento al
punto de apoyo del eje, hecho que mejora sustancialmente el rendimiento del
mismo.
Sujeción de rodamientos.
Otra característica de los rodillos, estriba en que la sujeción de los
rodamientos se efectúa por medio de sección circular. Este sistema permite
garantizar que la holgura lateral de los rodillos se mantenga dentro de los
límites establecidos, pues supera sin ninguna variación las pruebas de caída
libre sobre el eje habitualmente utilizadas.
Selección del diámetro exterior (Φ).
En la tabla16, se define el
exterior del rodillo en función del ancho de la
banda y su velocidad en m/seg. (Dato directamente relacionado con las r. p.
m. del rodillo). 56
57
ANCHO BANDA EN
MILÍMETROS
400
500
650
800
1.000
1.200
1.400
Tabla 16: Diámetro exterior del rodillo
RODILLO
v ≤ 2 m/seg.
63,5 – 89
63,5 – 89
89
89 – 108
108 – 133
133
133
56
www.Kauman.com_modulo de bandas transportadoras.
57
Ibíd.
52
v> 2 m/seg.
89
108 – 133
133
133 – 159
159
Pruebas finales
Por lo que respecta a las pruebas finales a que se someten los rodillos son
fundamentales las de excentricidad, estanqueidad, esfuerzo de arranque y
equilibrado.
Excentricidad: no debe superar la tolerancia admitida en el tubo, y en
consecuencia, debe encontrarse dentro del ±0,5% del diámetro exterior
correspondiente.
Estanqueidad: El rodillo, después de ser rodado un período mínimo de 5
minutos a velocidad equivalente a la de funcionamiento, se sumerge en agua
hasta enrasar con la generatriz. El período de inmersión debe alcanzar un
mínimo de 2 horas. Al final del mismo, el contenido de agua en la zona del
rodamiento debe ser nulo, realizándose esta comprobación visualmente o por
diferencia de pesos.
Esfuerzo de arranque: Es esfuerzo que ejerce el rodillo al momento de
comenzar a funcionar el sistema y la comprobación de este esfuerzo se
realiza después de un rodaje de 15 minutos. Su valor no puede superar el
10% del correspondiente, según la figura 20, y su comprobación se realiza
aplicando cargas tangenciales. Dadas las características del sistema de
obturación, que ya hemos comentado, los valores prácticos de este esfuerzo
son sensiblemente inferiores a los admitidos.
Equilibrado: Esta condición, de verdadera importancia para la vida del
rodillo, se comprueba al mismo tiempo que el esfuerzo de arranque. La
semidiferencia de resultados entre el máximo y el mínimo de los esfuerzos de
arranque, no debe superar los 20 gramos.
53
Figura 20: Longitud en diversos diámetros58
4.1.1.3 Motoreductor: Es importante hacer una buena selección de un
motor, ya que de ello dependerá la oportunidad de obtener la mayor vida útil
del equipo, y una máxima eficiencia, lo que retribuirá directamente a evitar
posibles descomposturas o fallas.
Fundamentos de selección de un motor eléctrico
La selección de un motor depende primordialmente de tres aspectos:
• La instalación.
• La operación.
• El mantenimiento.
Los pasos a seguir para una adecuada selección de un motor eléctrico son:
• La determinación de la fuente de alimentación.
• La potencia nominal.
• La velocidad de rotación.
• El ciclo de trabajo (continuo o intermitente).
58
Ibíd.
54
• El tipo de motor.
• El tipo de carcasa.
Así mismo, debemos considerar las condiciones ambientales de instalación,
y algunas características como el acoplamiento de la carga, los accesorios, y
las modificaciones mecánicas necesarias.
También es importante considerar en la selección de un motor, las
condiciones de servicio, siendo las más importantes:
• Exposición a una temperatura ambiente.
• Instalación en partes o alojamientos completamente cerrados o
abiertos, buscando una buena ventilación del motor.
• Operación dentro de la tolerancia de +10% y -10% del voltaje nominal.
• Una operación dentro del valor de frecuencia del +5% y -5%.
• Operación dentro de una oscilación de voltaje del 1% o menos.
Después de consultar diferentes catálogos sobre motores se llego a la
selección del motorreductor marca Pittman figura 21 de 24 voltios, empleado
para suministrar la fuerza de accionamiento al piñón principal, generando el
movimiento de la banda transportadora, el cual posee unas características
importantes en su funcionamiento que se muestran en la tabla 17, y muestra
un consumo muy bajo de potencia, y que además proporciona una forma de
instalación adecuada sin afectar el circuito de control.
55
Tabla 17. Características funcionales del motor59
60
Figura 21: Motoreductor de Accionamiento Pittman
Calculo de la potencia motriz necesaria
P inicial = V2/R
P inicial = (24v)2/ 17Ω
P inicial = 576v2/ 17Ω
P inicial = 33,88w
Pm = Pt
ᶯ
Pm = 33.88watt = 38 w
0.89
Siendo:
= potencia motriz necesaria. (w)
= potencia tambor motriz. (w)
= rendimiento (89% = 0.89).
59
Effective February 1, 2002.Supersedes all previous Pittman Express Catalogs
60
Ibíd.
56
Con el cálculo de la potencia motriz necesaria podemos realizar la selección
de nuestro motor mediante catalogo.
Calculo de la potencia efectiva.
El cálculo realizado anteriormente, (potencia motriz necesaria), nos permite
realizar la selección del motor que vamos a utilizar, este motor nos entregara
una potencia diferente a la obtenida por calculo (generalmente mayor), por
esto se debemos calcular la potencia efectiva de este motor dada por la
siguiente formula.
P efectiva = Pm * ᶯ
61
P efectiva = 38,9 w * 0,89
P efectiva = 34,62 w
Siendo:
= potencia efectiva. (w)
= potencia entregada por el motor. (w)
= rendimiento (89% = 0.89).
Este motorreductor se encarga de mover el piñón de accionamiento que
mueve el rodillo principal, fue seleccionado porque se adapta tanto al
prototipo como a la distancia y volumen que se va a manejar.
61
http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm
57
Modelado del motor
Figura 22: Esquema del modelado del motor
62
En la figura 22, se representa una de las partes más importantes del motor,
el devanado de inducido, que consiste en un arrollamiento de varias espiras
que puede girar inmerso en un campo magnético constante. Dicho campo
magnético es generado, bien por un imán permanente, o bien por un
devanado de excitación consistente en una bobina por la que circula una
corriente de excitación ie(t). Al circular una corriente ii(t) por el devanado de
inducido se ejerce sobre él un par que es directamente proporcional al flujo
y(t) generado por la corriente de excitación ie(t) (que suponemos constante),
y a la corriente de inducido ii(t).
y(t) = Ke —ie(t)
Pm(t) = Km —ii(t) y(t)
Considerando una corriente de excitación ie(t) constante y agrupando todas
las constantes en Kp= Ke . Km . ie(t) queda finalmente.
Pm(t) = Kp —ii(t)
Por otra parte, el giro de las espiras del devanado de inducido en presencia
del campo magnético y(t) produce en bornas del mismo una caída de tensión
62
Ibíd.
58
o fuerza contraelectromotriz, um(t), proporcional a su velocidad de giro.
um(t) = Kb —w(t)
Asimismo, el devanado de inducido es, a todos los efectos, un conductor, con
una resistencia Ri y una inductancia Li, sobre el que hay que considerar,
además, la fuerza contraelectromotriz como una fuente de tensión
dependiente de la velocidad de giro. La ecuación en la malla de inducido
será, por tanto:
dii(t)
ui(t) = Ri— ii(t) + Li—
+ Kb—w(t)
Dt
Tomando la transformada de Laplace de la ecuación se obtiene:
ui(s) = (Ri + s Li) ii(s) + Kb w(s)
4.1.1.4 Piñones: La banda transportadora consta de dos piñones, el primero
se encarga del accionamiento del motor y tiene un total de 21.89 dientes,
esto con el fin de garantizar la suavidad en la marcha. El segundo acciona el
rodillo y consta de 7.29 dientes. Los piñones están unidos por una cadenilla
de paso pequeño para que exista tensión entre los dos piñones y la cadena
no se salga de su hilera.
Si vemos los parámetros independientes tenemos:
El modulo (M)
La cantidad de dientes (Z).
El ángulo de presión (A).
El resto de los parámetros depende de ellos.
El ángulo de presión sirve para definir las características de resistencia del
diente, no afectando ni a la velocidad ni las distancias ni al módulo.
59
Existe otra relación más que es la relación entre las velocidades de dos
piezas que engranan.
En cualquier caso algo que debemos saber siempre es la relación de
velocidades (Vr) que queremos transmitir, esta es la razón de usar
engranajes.63
Esta relación se resumen en:
Vr: es la relación entre la rueda y el Piñón.
Z1: El número de dientes de la Rueda.
Z2: El número de dientes del Piñón.
Rp1: Es el radio primitivo de la Rueda
Rp2: Es el radio primitivo del Piñón
Para eso hemos puesto el parámetro Rp (radio primitivo) visible. Ya sabemos
(o lo hemos imaginado) que la distancia entre dos engranajes como Rueda y
Piñón, es igual a la suma de sus Rp’s. En ese caso tendremos dos
ecuaciones con dos incógnitas:
Si llamamos a la distancia entre ejes “Dist”, tendremos:
Vr = Rp1 / Rp2
Si ponemos Rp2 en función de Rp1, tendremos:
y sustituyendo en la segunda ecuación:
63
www.escuelaraggio.edu.ar/MECA/archivos/TECNOLOGIA/6.doc
60
Y despejando Rp2 nos queda:
64
Y de aquí sacamos Rp2:
Pero sabemos que los Radios primitivos no son parámetros “de entrada”.
Nos puede servir para darnos una idea de tamaño. Pero solo eso,
vamos a ponerlo en forma de número de dientes que sí es una entrada.
Decíamos en:
Y en la Tabla resumen, que:
Y por lo tanto la distancia entre ejes:
Quitando denominadores:
64
Ibíd.
61
Si en esta ecuación sustituimos Z2 por su valor65:
66
Para calcular el número de dientes que tiene cada piñón se utiliza la formula:
Donde:
Distancia = 540mm
Vr = 3
Modulo = 37mm
Entonces:
Z1 = 2 x 540mm x 3 = 3240mm = 21.89 Dientes.
37mm x (1+ 3)
228mm
Luego para calcular el valor del Piñón secundario se utiliza la formula:
65
66
Ibíd.
Ibíd.
62
Entonces:
Z2 = 21.89 Dientes
3
Z2 = 7.29 Dientes
El número impar de dientes que existe entre el piñón ubicado en el motor y el
piñón ubicado en el eje del rodillo de accionamiento figura 23, se emplea
para obtener una distribución uniforme del desgaste tanto de la cadena como
del piñón.
Figura 23: Piñones con cadena de transmisión de potencia
67
4.1.1.5 Soporte De La Banda Transportadora: El material sugerido para el
soporte de la banda transportadora es una lámina de acero, lo que permite
un mayor apoyo de los rodillos. Además, tiene la facilidad de ensamble y
desensamble por medio de dos piezas atornilladas.
En la figura 24, se muestran las medidas que tiene de la parte frontal del
soporte.
67
http://www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=8660#
63
Figura 24: Vista Frontal del Soporte
En la figura 25, se muestra también la distancia que existe entre orificiosoporte, y entre orificio-orificio.
Figura 25: Vista Lateral del Soporte
En la figura 26, se observa el diseño del soporte final sin incluir los rodillos
de transmisión con sus respectivos ejes transversales.
Figura 26: Vista Isométrica del Soporte
64
4.2
DISEÑO
ELECTRÓNICO
DEL
SISTEMA
DE
CONTROL
DE
VELOCIDAD DEL MOTOR.
Etapa 2: Diseño del Circuito de Control:
En esta etapa del proyecto se desarrolla el diseño de un circuito que permita
controlar la velocidad del motor y la visualización de los datos de velocidad.
Figura 27: Diagrama a bloques del control del motor
En la Figura 27 se muestra el diagrama de bloques del control del motor, el
conversor análogo digital según FLOYD,68 es un dispositivo electrónico
capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario y es
el encargado de recibir la señal que llega al momento de ser activado el
circuito, detectando un nivel variable de voltaje.
Luego la señal pasa en un código binario al microcontrolador donde se
encuentra el software que permite interpretar las instrucciones que el usuario
desea realizar, para saber cómo se debe controlar el motor. Después de que
el software haya realizado el control y la comparación de los datos binarios
68
FLOYD, T.L. Fundamentos Digitales, Ed. Prentice Hall, 7a edición, 2000.
65
ingresados, el PWM69 es el encargado de modificar el ciclo de trabajo de la
señal originando así un control en la cantidad de energía que se necesita
para mover el motor, que en este caso es la carga. Además, mantiene el par
motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica,
variando el tiempo en los pulsos de duración constante que son enviados por
el microcontrolador.
El PWM genera unas señales con diferentes niveles de voltaje, estas pasan a
ser acondicionadas con el fin de mejorar el rendimiento y la precisión del
sistema de adquisición de datos, además
de
alimentar el motor
suministrándole una serie de pulsos, lo cual origina movimiento en el eje del
motor.
Para controlar la velocidad del motor se varía (modula) el ancho de los
pulsos, y como el motor siempre se encuentra alimentado a su tensión
nominal nunca se verá reducido su torque nominal.
Mediante el control de la velocidad del motor, se controlara la velocidad de la
banda transportadora.
En la parte de retroalimentación el transductor es capaz de transformar o
convertir un determinado tipo de energía de salida, en otro diferente a la
entrada, después de haber obtenido la misma señal de entrada, se necesita
acondicionar nuevamente la señal ya que el transductor consume energía y
la señal llega débil.
69
http://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n_por_ancho_de_pulsos.
66
4.2.1 Desarrollo del diseño electrónico: Para el diseño electrónico se
realizo una comparación entre dos tipos de tecnologías, lógica difusa y PID,
esto con el fin de escoger la más importante para la utilización en este
sistema.
La velocidad es una variable muy importante al momento de realizar este
diseño, por lo que maneja valores que fluctúan entre dos extremos, que el
motor este apagado o que esté en su máxima velocidad ya que este genera
el movimiento de la banda transportadora.
Como principal ventaja, cabe destacar los excelentes resultados que brinda
un sistema de control basado en lógica difusa, porque ofrece salidas de una
forma veloz y precisa, disminuyendo así las transiciones de estados
fundamentales en el entorno físico que controle, es una forma rápida y
económica de resolver un problema, además una característica importante
que me llevo a la aplicación de esta tecnología es que no se necesita
conocer el modelado matemático que rige su funcionamiento, que en
comparación con la tecnología PID se necesita un modelado que sea
derivativo, integrativo y proporcional.
4.2.2 Control del circuito con lógica difusa: Para el control de este sistema
de banda transportadora se aplicó la tecnología de lógica difusa, es decir, la
lógica aplicada a conceptos que pueden tomar cualquier valor de veracidad
dentro de un conjunto de valores que oscilan entre dos extremos, la verdad
absoluta y la falsedad total. La lógica difusa permite tratar información
imprecisa, en términos de conjuntos borrosos que se combinan en reglas
para definir acciones.
67
De esta manera,
este sistema de control combina variables de entrada,
definidas en términos de conjuntos difusos, por medio de grupos de reglas
que producen uno o varios valores de salida.
Para la implementación del circuito de control se realizo una comparación
entre 2 tipos de fabricantes de microcontroladores que son Microchip y
Freescale, con el fin de hacer una selección global de los microcontroladores
más apropiados para el control de velocidad del motor.
Para ubicar los Microcontroladores de Microchip es necesario saber que los
sistemas Micro-Procesados se dividen en tres grandes grupos según el
número de set de instrucciones que tiene cada microprocesador así (Floyd,
2000):
• CISC: → Juego complejo de instrucciones para computador. → IntelFreescale.
• RISC: → Juego reducido de instrucciones para computador. →
Microchip.
• SISC: → Juego especifico de instrucciones para computadores. →
Fabricantes de relojes.
Microchip tiene tres gamas que se caracterizan por: el número de
instrucciones, líneas de I/O, capacidad de memoria entre otras, así:
• Gama baja. → 33 instrucciones.
• Gama media → 35 instrucciones.
• Gama alta
→ 64 instrucciones.
Los Microcontroladores de Microchip se conocen como PIC que significa:
Interfase Controlada Programable.
68
Para la ubicar los microcontroladores Freescale se tiene en cuenta que se
pueden dividir por el bus de datos que maneja así como lo menciona Vesga
en su libro Microcontroladores Motorola Freescale70
• Tamaño del bus de datos → Bus de 8 bits
• Tamaño del bus de datos → Bus de 16 bits
• Tamaño del bus de datos → Bus de 32 bits
Para el control de velocidad se selecciono el fabricante de Microchip, ya que
este fabricante maneja instrucciones de fácil manejo con respecto a la
programación de los microcontroladores de freescale. Además proporciona
microcontroladores de gama alta en los cuales se va a seleccionar los
adecuados de acuerdo a lo establecido.
Para el control de velocidad y comunicación, se realizo la comparación de los
microcontroladores PIC18F242, PIC18F252, PIC18F442 y el PIC18f452, de
gama alta, para ver la evolución y las diferencias que posee cada uno con
respecto al otro. Con el fin de hacer una buena selección. Ver tabla 18.
Tabla 18: Características de los microcontroladores para control del motor
Características
Frecuencia de operación
PIC18F242
71
PIC18F252
72
PIC18F442
73
PIC18F452
74
DC - 40 MHz
DC - 40 MHz
DC - 40 MHz
DC - 40 MHz
Memoria de Programa (Bytes)
16K
32K
16K
32K
Instrucciones de memoria
8192
16384
8192
16384
Memoria de datos (Bytes)
768
1536
768
1536
Memoria EEPROM Data
256
256
256
256
70
VESGA F. Juan Carlos. Microcontroladores Motorola Freescale. Bogotá: Alfa Omega,
2007, p. 16, 17.
71
www.microchip.com/ 2002 Microchip Technology Inc. DS39564B-page 7
72
www.microchip.com/ 2002 Microchip Technology Inc. DS39564B-page 7
73
Ibíd.
74
Ibíd.
69
Puertos de I/O (Entrada y
Ports A, B, C
Ports A, B, C
Salida)
Ports A, B,
Ports A, B, C, D,
C, D, E
E
Oscilador Interno
Si
No
No
Si
Comunicación paralela
No
No
PSP
PSP
5 canales de
5 canales de
8 canales de
8 canales de
entrada
entrada
entrada
entrada
Económico
Económico
Económico
Mas económico
28-pines DIP
28-pines
28-pines DIP
28-pines
SOIC
SOIC
40-pines DIP
44-pines
PLCC
44-pines
40-pines DIP
44-pines PLCC
44-pines TQFP
Modulo análogo digital de 10
bits
Precio
Numero de Pines
TQFP
Entre estos microcontroladores se selecciono el PIC18F452 para realizar el
control del motor DC con Lógica Difusa (Fuzzy Logic), debido a que es un
microcontrolador que posee una serie de características muy importante
como es la comunicación paralela con la cual se realizara el envió de
información al PC, además es un dispositivo capaz de interpretar los datos
recibidos por los sensores.
Otras consideraciones que se tuvieron en cuenta fueron la cantidad de
puertos disponibles para trabajar como entrada o salida, la gran capacidad
de memoria que posee y su bajo costo.
Para este sistema de Lógica Difusa fue necesario el diseño de un programa
en Assembler que esté en capacidad de detectar un nivel variable de voltaje
en el conversor Analógico Digital, de acuerdo a uno niveles establecidos de
voltaje previamente determinados en el programa para unos rangos definidos
de ángulos.
70
Para la visualización de las RPM ’s
se
realizará
la
selección
del
microcontrolador de una familia muy extensa, el cual nos permitirá visualizar
en la LCD las revoluciones por minuto que origina el motor, para esto se hizo
la comparación de las características que poseen el PIC16F871 Y
PIC16F870 para ver la evolución y las diferencias del segundo con respecto
al. Ver tabla 19.
Tabla 19: Características de los microcontroladores para visualización en LCD
75
76
Características
PIC16F870
PIC16F871
Frecuencia de operación
DC - 20 MHz
DC - 20 MHz
Memoria de datos (Bytes)
128
128
Memoria de Programa FLASH
2K
2K
Memoria EEPROM Data
64
64
Puertos de I/O (Entrada y Salida)
Puertos A,B,C
Puertos A,B,C,D,E
Modulo análogo digital de 10 bits
5 canales de entrada
8 canales de entrada
Oscilador Interno
Si
Si
Comunicación paralela
No
Si
Mas Económico
Económico
28 Pines
44 Pines
Precio
Numero de Pines
16F870
Se selecciono el microcontrolador PIC16F870, de 28 pines, porque dispone
en su interior de convertidor A/D de 10 bits de resolución. Además, es el
encargado de imprimir en la pantalla (LCD) toda la información con respecto
a las revoluciones por minuto del motor y tiene un bajo costo en su
implementación.
En el circuito de control se debe saber cual es el tiempo en la medición de las
RPM’s que origina el motor, por consiguiente se necesita un oscilador. A
continuación se realizara la comparación tabla 20, entre dos tipos de
75
76
www.microchip.com /1999 Microchip Technology Inc. DS30569A-page 3
Ibíd.
71
osciladores que son de gran importancia en la aplicación que se requiere en
el circuito de control.
Tabla 20: Características del Oscilador
77
Características
PIC12F629
Memoria de Programa FLASH
PIC12F675
78
1024
1024
Memoria de datos SRAM (Bytes)
64
64
Memoria de datos EEPROM (Bytes)
128
128
Puertos de I/O (Entrada y Salida)
6
6
Modulo análogo digital de 10 bits
No
4 canales de entrada
1
1
1/1
1/1
Comparadores
Osciladores 8 / 16 bits
Los microcontroladores PIC12F629/675 reúnen todas las ventajas de la
arquitectura x14 y la flexibilidad de tener una memoria flash de programa
dentro de un encapsulado de 8-pines. Los dispositivos PIC12F6xx se
caracterizan por un set de instrucciones de 14-bit, encapsulado reducido, y
un amplio rango en la tensión de funcionamiento de 2.0-5.5 voltios. Además,
estos dispositivos ofrecen un oscilador interno programable de 4MHz,
memoria EEPROM de datos incorporada, referencia tensión interna y A/D de
10-bit y hasta 4 canales. Estos microcontroladores de 8-pines proporcionan
inteligencia y características nunca antes conocidas debido al coste y
limitaciones de espacio en la tarjeta. Esto con respecto a la etapa de
programación.
A continuación se muestran los dispositivos usados en la etapa de potencia
del circuito de control, que se representan con un amplificador de voltaje, un
transistor para evitar que las altas corrientes del motor dañen la parte de
control, y un Optoacoplador para aislar cada una de las señales de PWM
77
78
www.microchip.com /2003 Microchip Technology Inc.- DS41190C-page 1
Ibíd.
72
emitidas por el microcontrolador. A continuación se realizará la selección de
cada uno de estos elementos.
LM324
Amplificador de voltaje para aumentar la salida que se obtiene del puerto
paralelo, con el fin de activar el motor. Las características más importantes
por las cuales se selecciono este amplificador fueron las siguientes ver tabla
21:
Tabla 21: Características del amplificador LM324
79
Características
LM324
Ganancia en ancho de banda
1 MHz
Ganancia en voltaje DC
100 dB
Corriente de entrada
45 nA
Voltaje de entrada
2mV
De la gran variedad de transistores que existen, se realizo una comparación
en la tabla 22, de las características que poseen algunos de estos para
seleccionar el más adecuado, y el que suministrara la suficiente corriente a
las bobinas del motor para generar su movimiento.
Características
Tabla 22: Características de los transistores
80
81
82
TIP41
TIP41A
TIP41B
TIP41C
Voltaje Base - Colector
40V
60V
80V
100
Voltaje Colector - Emisor
40V
60V
80V
100
Voltaje Base – Emisor
5V
___
____
____
Corriente de Colector
6ª
___
____
____
Corriente de Base
2ª
___
____
____
79
www.DatasheetCatalog.com
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/2782/MOSPEC/TIP41.html Pag.
81
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/2782/MOSPEC/TIP41.html Pag.
82
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/2782/MOSPEC/TIP41.html Pag.
83
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/2782/MOSPEC/TIP41.html Pag.
80
73
1
2
3
4
83
Este dispositivo fue elegido de acuerdo con la corriente de arranque del
motor, que es de 1 Amperio, y este permite el manejo de elevadas corrientes
en el circuito.
4N35
Algo que no se ha mencionado y que es muy recomendable utilizar para
evitar excesos de corriente en la parte de control, es un Optoacoplador figura
28; los optoacopladores aíslan cada una de las señales de PWM emitidas por
el microcontrolador PIC18F452. El Optoacoplador utilizado para este
proyecto es un 4N35.
Figura 28: Diagrama de Pines Optoacoplador
84
LCD
Para observar el buen funcionamiento del circuito de control se dispuso de
una pantalla de cristal líquido (LCD) de 2x16 figura 29, la cual permite
observar el dato de la velocidad del motor en RPMS.
85
Figura 31: Diagrama LCD
84
85
Fuente: http://www.monografias.com/trabajos18
Ibíd.
74
Las principales características de una LCD son las que se muestran a
continuación:
• Pantalla de caracteres ASCII, además de los caracteres Kanji y
griegos.
• Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.
• Proporciona la dirección de la posición absoluta o relativa del carácter.
• Memoria de 40 caracteres por línea de pantalla.
• Movimiento del cursor y cambio de su aspecto.
• Permite que el usuario pueda programar 8 caracteres.
• Conexión a un procesador usando un interfaz de 4 u 8 bits.
En la Figura 30 se representa el diagrama de pines del circuito diseñado.
Figura 30: Diagrama de Pines del Circuito
75
Como se puede observar en la tabla 23, la conversión en el microcontrolador
se realizo a resolución de 8 bits estando los rangos de medición entre 0 y
255. En la figura 31, se muestra el ángulo y la velocidad del motor.
Tabla 23: Condiciones de Operación del Sistema
Ángulo
Valor de conversión
Velocidad del motor
0 – 56
0 – 10
Apagado
56 – 112
10 – 40
Lento
112 – 118
40 – 70
Medio
118 – 174
70 – 130
Rápido
174 – 230
130 – 255
Muy Rápido
Figura 31: Descripción del rango en que la velocidad varía (Lógica Difusa)
Etapa 3: Selección de LED Infrarrojo:
Se utilizan tres tipos de sensores en función de la naturaleza de la señal que
emplean: Mecánicos (impacto, presión), por radiación electromagnética
(infrarrojos, laser, luz) y por presión atmosférica (ultrasonidos).
Este componente puede tener la apariencia de un LED normal, la diferencia
radica en que la luz emitida por el no es visible para el ojo humano,
únicamente puede ser percibida por otros dispositivos electrónicos.
76
Para censar el giro que el motor proporciona se colocaron un LED emisor y
un LED receptor interrumpido por el paso del piñón de accionamiento. Estos
envían datos al microcontrolador para proporcionar cuantas rpm genera el
motor.
Figura 32: LED Infrarrojo
86
86
http://www.sharp.co.jp/ecg/opto/products/ird/qr18-01.html
77
4.2.3 Desarrollo del programa.
A continuación se muestra un diagrama general de flujo del programa
implementado en el del PIC para corroborar el correcto funcionamiento del
Hardware.
Inicialización
LEER DATO
rc7 entrada
rc6 salida
RETRANSMITIR DATO
Configuración USART
VOLVER
USAR en escucha
Bucle Infinito
Programa del PC.
El programa utilizado para la prueba del correcto funcionamiento de la
transmisión asíncrona fue realizado en lenguaje C, dicho programa se basa
en la transmisión y recepción de datos mediante el puerto paralelo a una
velocidad de 9000 baudios por segundo.
Luego de comprobar el correcto funcionamiento de la transmisión y recepción
paralela, se procede a la verificación del bloque PWM y MOTOR
Comprobación del bloque PWM y del motor.
Para comprobar el correcto funcionamiento del modulo PWM con su
respectiva etapa de potencia junto con el motor, se procedió a realizar un
programa el cual varia la velocidad del motor desde 0 haciendo los cambios
respectivos de velocidad mostrados en la figura 36, hasta alcanzar su
velocidad máxima. Para ello se debe configurar al microcontrolador de la
siguiente manera:
78
• Asignar el periodo cargando el valor oportuno en PR2 y recordando
que la formula de periodo es:
Periodo = (Pr 2 + 1) * 4 * Tosc * Valor _ del _ predivisor _ TMR 2
• Asignar la anchura del pulso cargando el registro CCPR1L y
recordando que la formula que manera el ancho del pulso es:
Ancho _ pulso = CCPRL1 * tosc * Pr edivisor _ Tmr 2
• Configurar la línea CCP1 o CCP2 como salida.
• Asignar el valor del predivisor y activar el TMR2 escribiendo T2CON.
• Configurar el modulo CCP1 en modo PWM.
El diagrama de flujo del programa se muestra a continuación:
Inicialización
Rc1 salida
Predivisor TMR0
Activar motor
Incrementar velocidad
hasta máxima
Parar motor
Comprobación del bloque de realimentación
Para comprobar el correcto funcionamiento de este bloque se realizo un
programa que cuenta la cantidad de pulsos que se producen en un segundo
y los visualiza en la LCD.
El diagrama de flujo de este programa se muestra a continuación.
79
Interrupción
Inicialización
Rb salida
No
Rb0 entrada
Ra Salida
¿Externa?
¿Interna?
Si
Si
Si
Bucle Infinito
No
Si
Si
Para
la
1 Seg?
Incremento Aux
cuenta
No
Guardar la cuenta
Mostrar en LCD
en aux
Restablecer interrupciones
Volver
A continuación se realiza la descripción del programa final. Ver Anexo A
Software final
Los programas que se explican a continuación son los encargados de
realizar el control de velocidad del motor de corriente continua, visualizar las
RPM en la LCD 2x16 y posibilitar la transmisión y recepción de datos
necesarios entre la PC y el microcontrolador. Ver Anexo B y Anexo C.
Para simplificar la explicación se divide este software final en dos partes, en
la primera se explica el funcionamiento del programa del PIC y en la segunda
parte se detalla el funcionamiento del programa del PC.
80
Programa del PIC.
El programa a utilizar en el PIC básicamente es una combinación de los
programas anteriores con el agregado de poseer el algoritmo que permite el
control de la velocidad de giro del motor.
Debido a la extensión del programa se realiza un diagrama de flujo para así
facilitar la comprensión del mismo y poder dar detalles de los bloques que se
crea necesario.
Inicialización de variables
Puerto b Salida
Rb0 entrada
Puerto a Salida
Rc1 Salida para PWM
Rc6 Salida para Tx Paralela
Rc7 Entrada para Rx Paralela
Configuración del PWM
Configuro USAR
Habilito interrupciones
Carga al tmr0
Velocidad de giro =0
BUCLE INFINITO
81
INTERRUPCION
No
Por
No
Por
TMR0?
Paralela
Rb0
Si
Recepción
Si
Si
1
Seg?
Realizo
la
cuenta de RPM
Si
Incremento
Cargo el nuevo valor
Cuenta
de referencia
No
Comparo con
Si
No
la referencia?
Mayor
Incremento
Menor
Decremento el
el
ancho de pulso
ancho de pulso
Trasmito al PC
Visualización
Cuenta=0
Seteo de Banderas
Seteo de Banderas
en LCD
Seteo de Banderas y
Salir de interrupción
variables
Como
se
puede
observar
el
programa
comienza
realizando
las
configuraciones necesarias para que funcione de forma correcta: el
modulador PWM, la transmisión y recepción
paralela, configurando los
puertos para la visualización de la LCD y seteando los predivisores y
variables correspondientes para un correcto funcionamiento del servicio de
interrupción.
82
Luego se puede observar que el programa entra en un bucle sin fin en
espera de alguna de las 3 causas posibles de interrupción. Las cuales
pueden ser:
•
Por desbordamiento del TMR0.
•
Por interrupción producida por un flanco ascendente en la para RB0.
•
Por la recepción de un dato por puerto Paralelo.
Dependiendo del origen de la interrupción el programa efectúa distintas
tareas:
Interrupción por TMR0: En esta condición el programa refresca la LCD para
poder obtener una correcta visualización, si a su vez a pasado 1 segundo se
realiza la cuenta para obtener las RPM con que está girando el motor. Para
obtener las RPM del motor se efectúa la siguiente cuenta.
RPM =
Cuenta * 60
cantidad _ de _ ranuras _ del _ disco
En donde:
Cuenta: es una variable que se incrementa cada vez que entra una
interrupción por RB0.
Cantidad de ranuras: En este caso es 40 debido a que esa es la cantidad de
ranuras que posee el disco que gira solidariamente con el eje del motor.
Por lo tanto la ecuación anterior queda de la siguiente manera:
RPM =
Cuenta * 60 Cuenta * 3
=
40
2
De esta manera el error máximo que se produce es de 1,5 RPM con lo que
se considera satisfactorio.
83
Luego de obtener la cantidad de RPM con que está girando el motor, se
compara con la referencia enviada por la PC vía puerto paralelo y se
incrementa o decrementa el ancho del pulso del PWM en función del
resultado de dicha comparación como se muestra a continuación.
•
RPM con que está girando el motor > Referencia entonces
decremento el pulso de control
•
RPM con que está girando el motor < Referencia entonces incremento
el pulso de control
Este tipo de control es el denominado control “Delta” y como se puede
observar es un control no lineal pero de muy fácil implementación.
Luego de hacer la corrección del ancho de pulso, se envía las RPM con que
está girando el motor al PC y esta las guardas para poder hacer a posterior
un análisis del funcionamiento del sistema de control.
Finalmente se comienza nuevamente con el proceso colocando la variable
cuenta a 0.
Interrupción por RB0: Cuando se produce una interrupción por Rb0 se
incrementa la variable cuenta, la cual cada 1 segundo es puesta a 0.
Interrupción por Recepción de datos de la PC: Como se sabe en todo
sistema de control se necesita una señal de referencia, en este caso es
enviada desde el PC e indica la cantidad de RPM que se desea, de manera
que el microcontrolador efectúa las correcciones necesarias para cumplir con
la referencia.
84
Una explicación breve de cómo se realizo la programación se observa en la
figura 33, lo primero que se realizo, como cualquier rutina de programación
es la definición de variables; luego se inserta un valor de la velocidad de
referencia, que es la velocidad del motor.
Esta valor se guarda en un registro para luego ser comprado; después se
define que el periodo de la señal de encendido de la señal del PWM sea igual
a cero, para garantizar condiciones de arranque; después se ingresa una
rutina de preguntas, donde se pregunta si la velocidad actual del motor
captada por el sensor, es igual a la originada por el valor de conversión
guardado en él, dependiendo del resultado de la comparación, el
microcontrolador tomara la decisión si de aumentar el periodo de encendido
de la señal para que así el motor aumente su velocidad o disminuir el periodo
de encendido para que el motor disminuya su velocidad, siempre con el fin
de llegar a regular la velocidad al valor guardado en el registro inicial.
85
Figura 33: Diagrama de flujo general de la programación del circuito de control
Inicialización de los periféricos del
microcontrolador y la LCD
Recepción de parámetros del
si
motor y encoder, vía RS-232 y
Señal del puerto RS232 para carga de
almacenamiento en la memoria
una nueva
EEPROM
configuración?
Carga de parámetros del motor
y del encoder almacenados en
la memoria EEPROM
Si
Tecla de
programación
pulsada?
Recepción por teclado del nuevo programa
de velocidad del motor y almacenamiento en
la
memoria
EEPROM,
visualización
programa en la LCD.
Tecla Star
Pulsada?
Carga del programa de velocidad del motor
almacenado en memoria EEPROM
Lectura de velocidad
Actualización del ciclo de trabajo del
modulo de salida del PWM
Visualización de las RPM, y el porcentaje
del ciclo de trabajo en la LCD
Si
Tecla Stop
Pulsada?
86
No
del
GLOSARIO
ANGULO DE PRESIÓN: Es el que forma la línea de acción con la tangente a
la circunferencia de paso.
CORREA DE TRANSMISIÓN: Se conoce como correa de transmisión a un
tipo de transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas,
sujetas a un movimiento de rotación, por medio de una cinta o correa
continua, la cual abrasa a las primeras en cierto arco y en virtud de las
fuerzas de fricción en su contacto arrastra a las ruedas conducidas
suministrándoles energía desde la rueda motriz.
ESTANQUEIDAD: Propiedad que tienen algunos cuerpos para no dejar
pasar ningún fluido y conseguir, por tanto, un cierre perfecto.
EXCENTRICIDAD: Es un parámetro que determina el grado de desviación
de una sección cónica con respecto a una circunferencia. Es un parámetro
importante en la definición de las elipses.
FIRMWARE: es un bloque de instrucciones de programa para propósitos
específicos, grabado en una memoria de tipo no volátil (ROM, EEPROM,
flash,...), que establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos
electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo. Al estar integrado en la
electrónica del dispositivo es en parte hardware, pero también es software,
ya que proporciona lógica y se dispone en algún tipo de lenguaje de
programación. Funcionalmente, el firmware es el intermediario (interfaz) entre
las órdenes externas que recibe el dispositivo y su electrónica, ya que es el
encargado de controlar a ésta última para ejecutar correctamente dichas
órdenes externas.
HARDWARE: corresponde a todas las partes físicas y tangibles de una
computadora, o a componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y
mecánicos; cables, gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier
otro elemento físico involucrado; contrariamente al soporte lógico e intangible
que es llamado software.
87
LOGICA DIFUSA: o lógica borrosa se utiliza para la resolución de una
variedad de problemas, principalmente los relacionados con control de
procesos industriales complejos y sistemas de decisión en general, la
resolución la compresión de datos. Los sistemas de lógica difusa están
también muy extendidos en la tecnología cotidiana, se basa en lo relativo de
lo observado.
Este tipo de lógica toma dos valores aleatorios, La lógica difusa se utiliza
cuando la complejidad del proceso en cuestión es muy alta y no existen
modelos matemáticos precisos, para procesos altamente no lineales y
cuando se envuelven definiciones y conocimiento no estrictamente definido
(impreciso o subjetivo).
MICROCONTROLADOR: es un circuito integrado o chip que incluye en su
interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y
Unidades de entrada y salida.
MODULO DE UN ENGRANAJE: Es una característica de magnitud que se
define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en
milímetros y el número de dientes.
MOTORREDUCTOR: O motor coaxial (alrededor del eje), consiste en un
equipo formado por el motor en sí, que lleva una corona con un engranaje al
que se sujeta a la persiana y de la cual tira, un cuadro de maniobras que
regula las subidas y bajadas y un elemento de accionamiento.
NÚMERO DE DIENTES: Es el número de dientes que tiene el engranaje. Se
simboliza como (Z). Es fundamental para calcular la relación de transmisión.
SOFTWARE: se refiere al equipamiento lógico o soporte lógico de un
computador digital, y comprende el conjunto de los componentes lógicos
necesarios para hacer posible la realización de una tarea específica, en
contraposición a los componentes físicos del sistema (hardware). Tales
componentes lógicos incluyen, entre otros, aplicaciones informáticas tales
como procesador de textos, que permite al usuario realizar todas las tareas
88
concernientes a edición de textos; software de sistema, tal como un sistema
operativo, el que, básicamente, permite al resto de los programas funcionar
adecuadamente, facilitando la interacción con los componentes físicos y el
resto de las aplicaciones, también provee una interfaz ante el usuario.
VELOCIDAD DE TRANSMISION: La relación de transmisión (i) es una
relación entre las velocidades de rotación de dos engranajes conectados
entre sí. Esta relación se debe a la diferencia de diámetros de las dos
ruedas, que implica una diferencia entre las velocidades de rotación de
ambos ejes, esto se puede verificar mediante el concepto de velocidad
angular.
89
BIBLIOGRÁFIA
A continuación se relaciona la bibliografía usada en la formulación de este
documento.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Angulo, M. (1999). Microcontroladores PIC. Mcgraw - Hill
BOUTEILLE, Daniel: Los automatismos programables. Editions Citef
BRAUN, John: New Scientist, Under the Alps by magnetic.
HERNÁNDEZ, Roberto: Metodología de la investigación. Mac Graw
Hill 1997.
HADFIELD, Peter: New Scientist, Japan on track for second magnetic
train. Vol 147, Sep 2 1995 p: 18.
MALONEY, Timothy: Electrónica Industrial Moderna. Prentice Hall.
Tercera Edición. 1996. Vol 142, May 14 1994 p: 12.
Ogata, K (1998). Ingeniería de Control Moderna. Prentice Hall
SIURU, William D: Florida maglev project/Florida. Mass Trasnsit. Vol
20, Feb 1994 p: 26.
Ing. GALLEGO, Germán. Dispositivos y circuitos de electrónica de
potencia.
MAMAD RASHID. Electrónica de potencia de circuitos, dispositivos y
aplicaciones. Segunda edición. Pearson education.
90
WEBLIOGRAFÍA
• http://www.monografias.com/trabajos18
• http:// www.Monografias.com.-Conectores.htm
• http://www.monografias.com - Criterios para el diseño de una cinta
transportadora - Juan Carlos Santillán Mestanza.
• http://www.kauman.com/es/products/
• http://es.wikipedia.org/wiki/
• http://www.planetaelectronico.com
• http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm
• http://www.rema.com.co/Productos/Transmision.html.
• http:// www.osCommercevvdv.com
• http://www.scribd.com/doc/14804660/Control-de-Velocidad-deMotores-de-Cc-Con-Pwm.
• http://www.kauman.com/es/products/calc_bases_es.asp
• http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm
• www.intervenispa.com/transportadoras.html
• www.directindustry.es/prod/cintrol/rodillo
• www.tru-trac.com/spanish/product_editorial.htm
• www.schaeffler.com
• www.directindustry.es
• www.todorobot.com.ar
• www.microchip.com
• www.tracsa.com.ar
• www.escuelaraggio.edu.ar/MECA/archivos/TECNOLOGIA/6.doc
91
ANEXO A
El programa que se muestra a continuación se desarrollo en Assembler para
la prueba y el control de la velocidad del motor de la banda transportadora
por medio del control difuso.
include <P18F452.inc>
List p=18F452
CONTA1
CONTA2
CONTA3
TIEMPO1
TIEMPO2
BUFFER
UNI
DEC
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
ORG 0
0X20
0X21
0X22
0X23
0X24
0X25
0X63
0X64
//Variable CONTA1
//Variable CONTA2
//Variable CONTA3
//Variable TIEMPO1
//Variable TIEMPO2
//Variable BUFFER
// Unidades
// Decimales
INICIO MOVLW
0X01
MOVWF
TRISA
CLRF
TRISB
CLRF
TRISC
CLRF
TRISD
CLRF
TRISE
CLRF
PORTA
CLRF
PORTB
CLRF
PORTC
CLRF
PORTD
CLRF
PORTE
;Carga el primer sumando en W
;lo transfiere al puerto A
;Configura el puerto B como salida
;Configura el puerto C como salida
;Configura el puerto D como salida
;Configura el puerto E como salida
;Inicializa el Puerto A, clareando la salida
;Inicializa el Puerto B, clareando la salida
;Inicializa el Puerto C, clareando la salida
;Inicializa el Puerto D, clareando la salida
;Inicializa el Puerto E, clareando la salida
CLRF
BUFFER
MOVLW
0X8E
MOVWF
ADCON1
LIMPIAR MOVLW
0X41
MOVWF
ADCON0
MOVLW
0XFF
;Coloca el BUFFER en la posición 00
;Configura el conversor A/D
;Coloca 1 en la posición F
;Limpia la posición
;Coloca 0 en la posición F
;Valor usado para inicializar la dirección de los pines
;y fijarlos como entradas.
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
;Hace un text en el buffer
;Tiempo de retardo
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
;Salta a la rutina MUYRAPIDO
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
;Tiempo de retardo
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
;Salta a la rutina RAPIDO
MOVWF
BUFFER
TESTEO MOVF
BUFFER,0
SUBLW
.252
BTFSS STATUS,0
GOTO MUYRAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.189
BTFSS STATUS,0
GOTO RAPIDO
92
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.126
BTFSS STATUS,0
GOTO MEDIO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.63
BTFSS STATUS,0
GOTO LENTO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.0
BTFSS STATUS,0
GOTO TESTEO
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
;Tiempo de retardo
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
;Salta a la rutina MEDIO
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
;Tiempo de retardo
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
;Salta a la rutina LENTO
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
;Tiempo de retardo
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
;Vuelve a la rutina TESTEO
INICIA
CONVERTIR
;Coloca en 1 ADCON0
;Comprueba ADCON0 y salta si es 0
;Salta a la rutina CONVERTIR.
BSF
ADCON0,2
BTFSC ADCON0,2
GOTO CONVERTIR
BTFSC ADRESH,0
GOTO LIMPIAR
BTFSC ADRESH,1
GOTO LIMPIAR
;CALL RETARDO
;Salta a la rutina LIMPIAR
;Salta a la rutina LIMPIAR
;Llama a la subrutina RETARDO
MOVFF ADRESL,BUFFER
;CALL RETARDO
;Llama a la subrutina RETARDO
MOVF BUFFER,0
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
SUBLW
.252
;Tiempo de retardo
BTFSS STATUS,0
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
GOTO MUYRAPIDO ;Salta a la rutina MUYRAPIDO
MOVF BUFFER,0
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
SUBLW
.189
;Tiempo de retardo
BTFSS STATUS,0
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
GOTO RAPIDO
;Salta a la rutina RAPIDO
MOVF BUFFER,0
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
SUBLW
.126
;Tiempo de retardo
BTFSS STATUS,0
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
GOTO MEDIO
;Salta a la rutina MEDIO
MOVF BUFFER,0
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
SUBLW
.63
;Tiempo de retardo
BTFSS STATUS,0
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
GOTO LENTO
;Salta a la rutina LENTO
MOVF BUFFER,0
;Mueve lo que hay en BUFFER a 0
SUBLW
.0
;Tiempo de retardo
BTFSS STATUS,0
;Comprueba lo que hay en STATUS y salta si es 1
GOTO APAGADO
;Salta a la rutina APAGADO
GOTO INICIA
;Vuelve al INICIO
///////////Para la siguiente parte del programa son los mismos comentarios///////
/////Solo cambia el numero colocado a cada especificación/////
/////De la velocidad del MOTOR////
93
MUYRAPIDO
MOVLW
MOVWF
0X04
PORTC
INICIA1
BSF
ADCON0,2
CONVERTIR1 BTFSC ADCON0,2
GOTO CONVERTIR1
BTFSC ADRESH,0
GOTO LIMPIAR
BTFSC ADRESH,1
GOTO LIMPIAR
;CALL RETARDO
MOVFF ADRESL,BUFFER
;CALL RETARDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.252
BTFSS STATUS,0
GOTO MUYRAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.189
BTFSS STATUS,0
GOTO RAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.126
BTFSS STATUS,0
GOTO MEDIO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.63
BTFSS STATUS,0
GOTO LENTO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.0
BTFSS STATUS,0
GOTO APAGADO
GOTO INICIA1
RAPIDO
MOVLW
0X03
MOVWF
PORTC
GOTO INICIA
INICIA2 BSF
ADCON0,2
CONVERTIR2 BTFSC ADCON0,2
GOTO CONVERTIR2
BTFSC ADRESH,0
GOTO LIMPIAR
BTFSC ADRESH,1
GOTO LIMPIAR
;CALL RETARDO
MOVFF ADRESL,BUFFER
;CALL RETARDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.252
94
MEDIO
BTFSS STATUS,0
GOTO MUYRAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.189
BTFSS STATUS,0
GOTO RAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.126
BTFSS STATUS,0
GOTO MEDIO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.63
BTFSS STATUS,0
GOTO LENTO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.0
BTFSS STATUS,0
GOTO APAGADO
GOTO INICIA2
MOVLW
0X02
MOVWF
PORTC
INICIA3
BSF
ADCON0,2
CONVERTIR3 BTFSC ADCON0,2
GOTO CONVERTIR3
BTFSC ADRESH,0
GOTO LIMPIAR
BTFSC ADRESH,1
GOTO LIMPIAR
;CALL RETARDO
MOVFF ADRESL,BUFFER
;CALL RETARDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.252
BTFSS STATUS,0
GOTO MUYRAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.189
BTFSS STATUS,0
GOTO RAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.126
BTFSS STATUS,0
GOTO MEDIO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.63
BTFSS STATUS,0
GOTO LENTO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.0
BTFSS STATUS,0
95
GOTO APAGADO
GOTO INICIA3
LENTO
MOVLW
MOVWF
0X01
PORTC
INICIA4 BSF
ADCON0,2
CONVERTIR4 BTFSC ADCON0,2
GOTO CONVERTIR4
BTFSC ADRESH,0
GOTO LIMPIAR
BTFSC ADRESH,1
GOTO LIMPIAR
;CALL RETARDO
MOVFF ADRESL,BUFFER
;CALL RETARDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.252
BTFSS STATUS,0
GOTO MUYRAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.189
BTFSS STATUS,0
GOTO RAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.126
BTFSS STATUS,0
GOTO MEDIO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.63
BTFSS STATUS,0
GOTO LENTO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.0
BTFSS STATUS,0
GOTO APAGADO
GOTO INICIA4
APAGADO
MOVLW
MOVWF
0X00
PORTC
INICIA5
BSF
ADCON0,2
CONVERTIR5 BTFSC ADCON0,2
GOTO CONVERTIR5
BTFSC ADRESH,0
GOTO LIMPIAR
BTFSC ADRESH,1
GOTO LIMPIAR
CALL RETARDO
MOVFF ADRESL,BUFFER
CALL RETARDO
96
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.252
BTFSS STATUS,0
GOTO MUYRAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.189
BTFSS STATUS,0
GOTO RAPIDO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.126
BTFSS STATUS,0
GOTO MEDIO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.63
BTFSS STATUS,0
GOTO LENTO
MOVF BUFFER,0
SUBLW
.0
BTFSS STATUS,0
GOTO APAGADO
GOTO INICIA5
;*********************************************************************************************************
********
RETARDO
MOVLW
.60
MOVWF
CONTA1
UNO
MOVLW
.70
MOVWF
CONTA2
DOS
MOVLW
.20
MOVWF
CONTA3
TRES
DECFSZ
CONTA3,1
GOTO TRES
DECFSZ
CONTA2,1
GOTO DOS
DECFSZ
CONTA1,1
GOTO UNO
RETURN
END
Anexo B
El programa que se muestra a continuación se desarrollo en Assembler y es
para mostrar en la LCD el mensaje de las revoluciones por segundo del
motor, y se mostrara en la pantalla de cristal liquito (LCD) de 2x16.
97
Include<PIC16F870>
LIST P= 16F870
STATUS
PORTA
PORTB
PORTC
ADCON1
HUECOS
TIEMPO1
TIEMPO2
TIME
UNI
DEC
CEN
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
EQU
0x03
0x05
0x06
0x07
0x1F
0x20
0x21
0x22
0X23
0X24
0X25
0X26
; Registro de estados
; Puertos de E/S
; Para configurar puerto A como E/S
; Usados para manejar los datos a mostrar en display
; Usados para temporizar
;/////////////////////// Configuración de puertos /////////////////////////////
INICIO
BSF
STATUS,5
;Banco 1
BCF
STATUS,6
MOVLW
0X06
; Puerto A como I/O
MOVWF
ADCON1
MOVLW
b'11000011'
; Configura puerto A
MOVWF
PORTA
CLRF PORTB
; Puerto B completo como salidas (bus del LCD)
CLRF
PORTC
; Puerto C completo como salidas
BCF
STATUS,5
;Banco 0
CLRF
CLRF
CLRF
PORTA
PORTB
PORTC
; Apaga todo
;///////////////////////// Configuración de LCD ///////////////////////////////
MOVLW
b'00111000'
; Comunicación con el LCD a ocho bits - Dos
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
hacia la derecha
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
Carácter fijo
CALL
MOVLW
CALL
CONTROL
d'2'
DEMORA
b'00000110'
; Demora 2ms
; Mensaje estático, se desplaza el cursor
CONTROL
d'2'
DEMORA
b'00001100'
; Demora 2ms
; Enciende el display-Oculta el cursor -
CONTROL
d'2'
DEMORA
; Demora 2ms
líneas de texto
98
MOVLW
b'00000001'
; Limpia la pantalla y pone cursor en posición
inicial
CALL
CONTROL
MOVLW
d'2'
CALL
DEMORA
; Demora 2ms
/////////////////////////////// Programación ////////////////////////////////
INICIA
CLRF
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
HUECOS
"0"
DATO
"0"
DATO
"0"
DATO
""
DATO
"R"
DATO
"E"
DATO
"V"
DATO
"O"
DATO
"L"
DATO
"U"
DATO
"C"
DATO
"I"
DATO
"O"
DATO
"N"
DATO
"E"
DATO
"S"
DATO
CALL
ABAJO
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
"P"
DATO
"O"
DATO
"R"
DATO
""
DATO
; Mensaje: "000 REVOLUCIONES"
; Mensaje: "POR SEGUNDO"
99
CLKON
ON
CLKOFF
OFF
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
"S"
DATO
"E"
DATO
"G"
DATO
"U"
DATO
"N"
DATO
"D"
DATO
"O"
DATO
CALL
BTFSC
GOTO
CALL
CLRF
BTFSS
GOTO
INCF
BTFSS
GOTO
BTFSS
GOTO
GOTO
GOTO
PANTA
PORTA,0
$ -1
VER
HUECOS
PORTA,0
$ -1
HUECOS,1
PORTA,0
$ +4
PORTA,1
CLKOFF
$ -4
ON
CALL
CLRF
BTFSS
GOTO
INCF
BTFSS
GOTO
BTFSC
GOTO
GOTO
GOTO
VER
HUECOS
PORTA,0
$ -1
HUECOS,1
PORTA,0
$ +4
PORTA,1
CLKON
$ -4
OFF
; Espera a que encuentre un hueco
; Espera a que encuentre un obstáculo
;Si reloj = 0 => muestra
; Espera a que encuentre un hueco
;Espera a que encuentre un obstáculo
;Si reloj = 1 => muestra
;///////////////////// Configuración de envió de datos ///////////////////////////
CONTROL
(Control)
DATO
(Dato)
ENVIAR
BCF
PORTC,7
; Pone en bajo la línea de modo del LCD
GOTO
BSF
ENVIAR
PORTC,7
; Se saltea la sig. línea
; Pone en alto la línea de modo del LCD
MOVWF
MOVLW
PORTB ; Coloca el dato o control a enviar en el bus del LCD
d'1'
100
CALL
BSF
MOVLW
CALL
BCF
MOVLW
CALL
RETURN
DEMORA
PORTC,6
d'1'
DEMORA
PORTC,6
d'1'
DEMORA
;Demora 1ms
;Habilita el LCD
;Demora 1ms
;Deshabilita el LCD
;Demora 1ms
/////////////////////// Configuración de retardos y rutinas /////////////////////////////
DEMORA
TOP2
TOP1
ABAJO
MOVWF
MOVLW
MOVWF
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DECFSZ
GOTO
DECFSZ
GOTO
RETURN
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
RETURN
TIEMPO2 ; Demora tantos milisegundos como valor en w
d'110'
TIEMPO1
TIEMPO1, 1
TOP1
TIEMPO2, 1
TOP2
0xC0
CONTROL
d'1'
DEMORA
;Posiciona el cursor en la 2da. linea
;Demora 1ms
;/////////////////////////Conversion hexa a deci ////////////////////////////////
DECIMAL
DEC y CEN
CENTENA
CIEN
DECENA
MOVWF
UNI
CLRF
DEC
CLRF
CEN
MOVLW
d'100'
SUBWF
UNI, 1
BTFSS STATUS,0
GOTO
CIEN
INCF
CEN, 1
GOTO
CENTENA
ADDWF
UNI, 1
MOVLW
d'10'
SUBWF
UNI, 1
BTFSS STATUS,0
GOTO
DIEZ
INCF
DEC, 1
GOTO
DECENA
; Convierte el dato presente en W en UNI,
; Determina la cant. de centenas
; Determina la cant. de decenas
101
DIEZ
ADDWF
decenas ni centenas)
UNI, 1
; Uni queda con la cant. de unidades (sin
MOVLW
0x30
; Le suma 30h a los valores de UNI,
ADDWF
ADDWF
ADDWF
ADDWF
RETURN
UNI, 1
UNI, 1
DEC, 1
CEN, 1
DEC y CEN
VER
MOVLW
VERUP
PANTA
MOVF
HUECOS,0
CALL
DECIMAL
; Obtiene UNI y DEC en formato ASCII
0x80 ; Posiciona el cursor en el noveno carácter de la 2da. Línea
CALL
MOVLW
CALL
MOVF
CALL
MOVF
CALL
MOVF
CALL
RETURN
CONTROL
d'1'
DEMORA
CEN,0
DATO
DEC,0
DATO
UNI,0
DATO
; para escribir el punto de activación
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
MOVLW
CALL
RETURN
END
0x80 ; Posiciona el cursor en la 2da. línea
CONTROL
d'1'
DEMORA
;Demora 1ms
"0"
DATO
"0"
DATO
"0"
DATO
; Demora 1ms
; Coloca las unidades
; Coloca las decenas
; Coloca las unidades
Anexo C
El programa que se muestra a continuación se desarrollo en Assembler y es
realizar la activación en un tiempo de retardo mínimo para obtener la
medición de las revoluciones del motor, que se observaran en la LCD.
102
include <P12F629.INC>
List P=12F629
////////////////////////////// Mapa de Memoria ////////////////////////////////////
TIEMPO1
TIEMPO2
SEGUN
EQU
EQU
EQU
ORG
GOTO
INICIO BSF
STATUS,RP0
BCF
GPIO,GPIO0
BCF
STATUS,RP0
;Entrar al banco 1
;GP0 como salida
;Entrar al banco 0
HAGA
BSF
GPIO,GPIO0
MOVLW
.5
MOVWF
SEGUN
MOVLW
.200
CALL DEMORA
DECFSZ
SEGUN,1
GOTO ACA
BCF
GPIO,GPIO0
MOVLW
.5
MOVWF
SEGUN
MOVLW
.200
CALL DEMORA
DECFSZ
SEGUN,1
GOTO AQUI
GOTO HAGA
;Enciende GP0 1 segundo
ACA
AQUI
0X20
0X21
0X22
0X00
INICIO
;Utilizado para los retardos
;Utilizado para los retardos
;Utilizado para los retardos
;El programa inicia en la posición 0
;Pasa a la posición de inicio para evitar la int.
; Demora .5ms
;Apaga GP0 1 segundo
; Demora .5ms
DEMORA
MOVWF
TIEMPO2 ; Demora tantos milisegundos como valor en w
TOP2
MOVLW
MOVWF
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DECFSZ
GOTO TOP1
DECFSZ
GOTO TOP2
RETURN
.110
TIEMPO1
TOP1
END
TIEMPO1, 1
TIEMPO2, 1
;Ninguna Operación
;Ninguna Operación
;Ninguna Operación
;Ninguna Operación
;Ninguna Operación
;Ninguna Operación
;Decremento en 1, TIEMPO1
;Retorna a TOP1
;Decremento en 1, TIEMPO2
;Retorna a TOP2
;Finaliza el programa
103
104