Diseño de extrusora de polietileno de baja densidad

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Escuela Especializada en Ingeniería ITCA - FEPADE

Escuela de Ingeniería Mecatrónica

Asignatura:

Control de Motores y Servoposicionamiento

Facilitador:

Ing. Josué Alberto Pérez Zavala

Tema de trabajo:

Diseño de extrusora de polietileno de baja densidad para Talleres Mondini S. A. de C. V., con enfoque en elementos eléctricos.

Integrantes:

Alfaro Mejía, Brandon Miguel N° 377916.

Castillo Ramírez, Walter Oswaldo N° 175316.

Gonzáles Beltrán, Carlos Ovidio N° 093715.

Fecha de entrega:

Sábado 20 de octubre de 2018.

índice

Objetivos        1

Objetivo General:        1

Objetivos específicos        1

Introducción        2

Cálculo de tablero de control        3

Cálculo de tablero de potencia        4

Diseño de tablero de control        5

Circuito de Control        5

Conexión del Variador        6

Gabinete de control        7

Diseño de tablero de potencia        8

Circuito de Potencia        8

Gabinete de potencia        9

Descripción de maquinaria y producción        10

Justificación de equipo de control y potencia        12

Justificación del motor trifásico del husillo y caja reductora (equipo de potencia)        12

Generalidades del husillo        12

Calculando producción por hora de la extrusora        14

Calculando potencia del motor para el sistema        15

Justificación de los blowers (equipo de potencia)        21

Justificación del variador de frecuencia (equipo de potencia)        21

Justificación de las resistencias (equipo de potencia)        22

Justificación de controladores PID (equipo de control)        22

Justificación de interruptores termomagnéticos        23

Justificaciones de guardamotores        23

Justificación de contactores        23

Justificación de luminarias        23

Cotización        24

Costo total del proyecto con base en tiempo y mano de obra        27

Conclusiones        28

Bibliografía        29

Objetivos

Objetivo General:

Diseñar el conjunto de elementos eléctricos pertenecientes a una extrusora de polietileno de baja densidad para la fabricación de bobinas para bolsas de uso cotidiano a través de la aplicación de cálculos mecánicos y eléctricos para determinar el costo total del proyecto.

Objetivos específicos

Dimensionar los componentes eléctricos del sistema a utilizar por medio de cálculos de ingeniería basados en un husillo de extrusión prediseñado con el objetivo de garantizar la seguridad del operador y de la maquinaria.

Elaborar un sistema de control y de potencia basados que permita ejercer un correcto funcionamiento de la maquinaria a una producción constante utilizando de apoyo la normativa técnica eléctrica aplicada en el país.

Introducción

En la industria salvadoreña la extrusión de polímeros resulta ser un procedimiento verdaderamente fundamental para el sostén económico y utilitario del país, pues es a partir de este proceso industrial de donde convergen la mayoría de los productos a base de polímeros que son de uso diario.

La importancia de este proceso radica en la dependencia del plástico que el desarrollo humano ha traído consigo, por lo tanto, para la empresa Talleres Mondini S. A. de C. V., ubicada en Barrio San Miguelito, San Salvador, resulta de suma importancia contar con un ejempla extra de una máquina extrusora de polietileno de baja densidad para la fabricación de bolsas de 4 x 6 pulgadas debido a una expansión de la compañía que se está efectuando.

En el documento presente se han desarrollado los cálculos del tablero de control y de potencia, el diseño del tablero de control y de potencia, la descripción de la maquinaria y producción, la justificación del equipo de control y de potencia, la cotización y el total de costos del proyecto incluyendo mano de obra y tiempo con el objetivo entregar las directrices necesarias para el ensamble de dicha máquina una vez comprados los elementos. Cabe destacar que todos los componentes mecánicos han sido dimensionados con base en las medidas de diseños estándar utilizados para este tipo de procesos de extrusión.

Es necesario mencionar que el proceso de extrusión consiste en la fabricación de bolsas de polietileno de baja densidad por medio de una máquina extrusora, la cual utiliza un proceso de soplado y enfriamiento para la fabricación de dicho producto.

Cálculo de tablero de control

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4.68A[pic 4]

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Cálculo de tablero de potencia

Protección de Blowers

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Protección de variador

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Protección de resistencias

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Diseño de tablero de control

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Circuito de Control

Conexión del Variador[pic 16]

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Gabinete de control

Nota: se ha considerado para el diseño un gabinete que por fuera muestre el control y por dentro se encuentre el gabinete de potencia.

Diseño de tablero de potencia

Circuito de Potencia[pic 18]

Gabinete de potencia[pic 19]

Descripción de maquinaria y producción

La extrusión es el proceso encargado en convertir partículas sólidas con el uso de un tornillo de extrusión o husillo en minúsculas partículas y en la industria a este proceso se le añade el calor como punto consecuente de fusión del material. Es de uso frecuente la utilización de polímeros en los procesos de fabricación, esto es así, debido al bajo costo del material y las buenas características de este.

Se ha designado la utilización de Polietileno de Baja Densidad (LDPE) debido al producto que se va a fabricar. El objetivo de la construcción de la maquinaria radica en lograr producir una bobina para bolsas rectangulares con un calibre de 20 micras, para las cuales se ha considerado una longitud de 6 pulgadas por unidad con un índice de producción de 300, 000 unidades por hora, es decir, 8. 45 kg de pellets tratados por hora. La longitud de la bobina fabricada constaría de 45.72 km y el diseño de la máquina permite ajustar una velocidad mayor debido a la implementación de un variador de frecuencia que alimenta al tornillo.

El funcionamiento de la maquinaria consiste en un tornillo metálico previamente diseñado que se encontrará girando en un solo sentido con el objetivo de prensar los pellets que se encuentren en la tolva. La tolva es una caja metálica con un diseño particular que permite gracias a su inclinación una alimentación constante y continua del polímero gracias al efecto de la gravedad. El husillo se divide en tres partes: zona de alimentación o transporte de sólidos que será de 15 cm, en la cual el polímero iniciara a calentarse por inducción debido a que la segunda parte, denominada zona de fusión es el tramo donde se fundirá el polímero a una temperatura máxima de 180 °C (temperatura óptima para la conservación de las propiedades de tratamiento del polietileno de baja densidad), cabe destacar que en esta zona de fusión es donde se experimentará la mayor presión y esfuerzos cortantes por el giro del husillo; finalmente, la última zona del husillo consiste en el transporte del filamento, es decir, el polímero fundido, el cual pasa por un dado donde estará un filtro de impurezas y luego una boquilla que se encargará de expulsarlo en forma de “tubo”. En esta parte del proceso, el operario deberá sellar el extremo del globo o tubo y gracias al sistema de enfriamiento por blowers se podrá elevar y enfriar el globo fabricando de esta forma una bobina del calibre de deseado. Se sugiere que se considere otra etapa en la que se encuentre un motor encargado de enrollar la bobina. [pic 20]

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