1. UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
BIBLIOTECA EDUARDO COTE LAMUS
RESUMEN – TESIS DE GRADO
AUTORES
OSCAR SANCHEZ MORA
FACULTAD DE INGENIERIA
PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
DIRECTOR ARMANDO MALDONADO FUENTES
TITULO DE LA TESIS PASANTIA PARA EL SEGUIMIENTO Y ELABORACION
DE MANUALES OPERATIVOS DE MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS DE
LA SECCION PRENSA Y LINEA DE ESMALTADO EN LA EMPRESA CERAMICA
ITALIA S.A.
RESUMEN
En el informe se presentan las actividades realizadas en la pasantía desarrollada en la
sección Prensa y Línea de esmaltado de la empresa Cerámica Italia S.A. Se muestra en
detalle un estudio del software de las Prensas, un seguimiento de las fallas más comunes de
los autómatas que allí se encuentran y las estrategias de mantenimiento preventivo con sus
respectivos manuales operativos o instrucciones técnicas de mantenimiento.
CARACTERÍSTICAS:
PÁGINAS: 296
PLANOS: _____ ILUSTRACIONES: _____ CD-ROM: __1__

2. PASANTIA PARA EL SEGUIMIENTO Y ELABORACIÓN DE MANUALES
OPERATIVOS DE MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS DE LA SECCIÓN PRENSA
Y LÍNEA DE ESMALTADO EN LA EMPRESA CERAMICA ITALIA S.A.
OSCAR SANCHEZ MORA
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
SAN JOSÉ DE CÚCUTA
2004

3. PASANTIA PARA EL SEGUIMIENTO Y ELABORACIÓN DE MANUALES
OPERATIVOS DE MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS DE LA SECCIÓN PRENSA
Y LÍNEA DE ESMALTADO EN LA EMPRESA CERAMICA ITALIA S.A.
OSCAR SANCHEZ MORA
Trabajo de grado presentado
Como requisito para optar al título de:
INGENIERO ELECTRÓNICO
Director
ARMANDO MALDONADO FUENTES
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
SAN JOSÉ DE CÚCUTA
2004

5. A Dios todo poderoso creador del universo
y dueño de mi vida por permitirme construir
otros mundos mentales posibles.
Por permitirme ser Paciente y Perseverante,
para lograr con satisfacción este gran paso
en mi vida.
A mis padres y mi familia que con su apoyo
y sacrificio incondicional me ayudaron
a lograr este sueño.
A mis hermanos, por su compañía y
respaldo en todos los momentos de mi vida.
Oscar

6. AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos en la elaboración del proyecto a:
Ingeniero Armando Maldonado Fuentes, Docente del Departamento de Electricidad y
Electrónica, por su dedicación y apoyo en la realización del proyecto.
Los Ingenieros José Alberto Báez, Luis Fernando Santos, Yobany Pereira, Luis Fernando
Torres, por toda su colaboración prestada durante el desarrollo de la pasantía.
Dr. Edilberto Gallego Muñoz, en su calidad de Gerente de Desarrollo Organizacional, por
brindarme la oportunidad de realizar mi proyecto de grado.
Dr. Jesús Maria Sierra, Director de Planta de la empresa Cerámica Italia S.A.
A los trabajadores de la empresa: Juan Pablo Oviedo, Javier, Xiomara, Jaime J, Giovanni,
Edgar, José, Froilan, Neumar y a todos los empleados de CERAMICA ITALIA S.A. Por
su gran aporte para la realización de mi pasantía.
Al Ingeniero Armando Becerra, Joaquín Duarte, Eduard Galvis y a todos los docentes del
Departamento de Electricidad y Electrónica por la atención brindada.
A los compañeros que me apoyaron incondicionalmente en la realización de este proyecto
de grado Álvaro Ramírez, Carlos Santos, Wilson Rojas, Ricardo Parada, Pedro Nossa,
Carolina Castillo, José Antonio Rincón Lozano.
A todas las personas que de una u otra forma colaboraron para la realización del proyecto
de grado.

7. CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN
19
1. PROBLEMA.
21
1.1 TITULO
21
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
21
1.3 OBJETIVOS
22
1.3.1 Objetivo General.
22
1.3.2 Objetivos Específicos.
22
1.4 JUSTIFICACIÓN
23
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
24
2. MARCO REFERENCIAL
25
2.1 ANTECEDENTES
25
2.1.1 A Nivel académico.
26
2.1.2 A Nivel Institucional.
26

8. 2.2 MARCO CONTEXTUAL
27
2.2.1 Cerámica Italia S.A.
27
2.2.2 Sección Prensa y Línea de Esmaltado.
27
2.2.3 División de Mantenimiento.
32
2.3 MARCO TEÓRICO
34
2.3.1 Sistemas de Control.
35
2.3.2 Modos de Control en los Sistemas Industriales de Lazo Cerrado.
39
2.3.3 Control por ordenador.
41
2.3.4 Controlador Lógico Programable.
42
2.3.5 Transductores y Sensores.
44
2.3.6 Dispositivos de actuación.
49
2.3.7 Inversores PWM.
53
2.3.8 Variadores electrónicos de Velocidad.
55
2.3.9 Conceptos de Mantenimiento.
57
2.4 MARCO LEGAL
61

9. 3. METODOLOGÍA
62
3.1 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
62
3.1.1 Recolección de información en la empresa.
62
3.1.2 Recolección de información en la universidad.
64
3.2 DETERMINACIÓN DEL ESTADO ACTUAL DE LOS EQUIPOS
ASOCIADOS A LAS MAQUINAS
64
3.2.1 Inventario de los equipos eléctricos y electrónicos de las maquinas.
64
3.2.2 Realización del estudio del software de las prensas Mágnum.
68
3.3 IDENTIFICACIÓN DE FALLAS
75
3.4 ELABORACIÓN DE ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO
PREVENTIVO Y PREDICTIVO
77
3.4.1 Estrategias del mantenimiento preventivo.
78
3.4.2 Estrategias del mantenimiento predictivo.
80
3.4.3 Ejecución de seguimiento y actividades de mantenimiento Predictivo.
82
3.4.4 Equipos utilizados en el mantenimiento preventivo y predictivo.
93
3.5 ELABORACIÓN DE LOS INSTRUCTIVOS DE MANTENIMIENTO
95
4. RECURSOS
97

10. 4.1 RECURSOS HUMANOS
97
4.2 RECURSOS INSTITUCIONALES
97
4.3 RECURSOS FÍSICOS
97
5. PRESUPUESTO
98
6. CONCLUSIONES
99
7. RECOMENDACIONES
100
BIBLIOGRAFÍA
101
ANEXOS
102

11. LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Prensa, PC y mesa transportadora.
28
Figura 2. Secadero vertical.
29
Figura 3. Maquina Serigrafica.
31
Figura 4. Compensador.
31
Figura 5. BT956 Maquina de cargue.
32
Figura 6. Estructura de la División de Mantenimiento.
33
Figura 7. Señal Analógica.
36
Figura 8. Sistema de control de Lazo abierto.
37
Figura 9. Sistemas de control de lazo cerrado.
38
Figura 10. Diagrama a bloques controlador PC industrial.
42
Figura 11. PLC OMRON y consola de programación.
43
Figura 12. Termocupla.
44
Figura 13. Efecto Seebeck.
45
Figura 14. FEM Vs Temperatura para los termopares.
46
Figura 15. Sensor NPN.
47
Figura 16. Sensor PNP.
47
Figura 17. Sensores inductivos.
48
Figura 18. Sensores Fotoeléctricos Diell.
49
Figura 19. Final de carrera.
49

12. Figura 20. Motor eléctrico.
50
Figura 21. Partes de un contactor.
51
Figura 22. Esquema de funcionamiento de un motor pasó a paso.
52
Figura 23. Actuador neumático.
53
Figura 24. Salidas de un inversor real PWM.
53
Figura 25. Variadores electrónicos de velocidad Sysdrive 3G3EV.
57
Figura 26. Edición del autoexec.bat.
69
Figura 27. Comandos del PC industrial esperando esclavo.
70
Figura 28. Esquema simbólico de conexión.
70
Figura 29. Conexión real PC maestro a PC industrial.
71
Figura 30. Ejecución del programa FW2 desde el PC maestro.
71
Figura 31. Pantalla transferencia de PC maestro a esclavo.
72
Figura 32. Test entrada primera pagina.
73
Figura 33. Test entrada segunda pagina.
74
Figura 34. Fases de un sistema de control industrial.
75
Figura 35. Ciclo del mantenimiento Predictivo.
81
Figura 36. Modulo de control de motores decoradora TSC.
82
Figura 37. Configuración de alimentación de un motor bipolar.
82
Figura 38. Scopemeters 190 Fluke.
83
Figura 39. Registro de señales de voltaje de dos Maquinas.
84
Figura 40. Pirómetro Óptico.
87
Figura 41. Puntos calientes del modulo de control de motores de la decoradora.
88
Figura 42. Modos de funcionamiento del pirómetro óptico.
91
Figura 43. Relación distancia diámetro del punto a medir.
92

13. LISTA DE CUADROS
Pág.
Cuadro 1. Clasificación de los termopares.
46
Cuadro 2. Máquinas de la sección Prensa y línea de esmaltado.
65
Cuadro 3. Especificaciones Osciloscopio digital.
93
Cuadro 4. Especificaciones Pirómetro óptico.
94
Cuadro 5. Especificaciones calibrador de campo.
94
Cuadro 6. Presupuesto.
98

14. LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Características de los motores de acuerdo con la clasificación NEMA
51
Tabla 2. Registros de datos decoradora 1 línea 1
88
Tabla 3. Registros de datos decoradora 2 línea 1
89
Tabla 4. Registros de datos decoradora 1 línea 4
90
Tabla 5. Registros de datos decoradora 3 línea 4
90

15. LISTA DE FOTOS
Pág.
Foto 1. Prensa Mágnum Es vista frontal y PC industrial
294
Foto 2. PC Industrial vista posterior
294
Foto 3. Vista frontal del cuadro eléctrico Secadero horizontal RD
295
Foto 4. Grupo de reles electromecánicos de un cuadro eléctrico
295
Foto 5. Motores de entrada a Secadero horizontal RD
295
Foto 6. Modulo de control de motores decoradora TSC
296
Foto 7. Maquina de cargue de carros BOX BT956
296
Foto 8. Parte frontal de un cuadro eléctrico con sus elementos
296

16. LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Hojas técnicas de los equipos de la Sección prensa
103
Anexo B. Hojas técnicas de los equipos de la Sección línea de esmaltado
111
Anexo C. Guía de actividades actualizadas de la sección prensa y línea de esmaltado
116
Anexo D. Manual operativo control y verificación en los sistemas de regulación
de temperatura
124
Anexo E. Manual operativo control de funcionalidad y calibración de servomotores
141
Anexo F. Manuales operativos de mantenimiento preventivo de la Sección prensa
152
Anexo G. Manuales operativos de mantenimiento preventivo de la Sección línea
de esmaltado
237
Anexo H. Formato de orden de trabajo de un equipo de la Sección prensa
291
Anexo I. Formato de orden de trabajo de un equipo de la Sección línea de esmaltado
292
Anexo J. Constancia de terminación de la pasantia
293
Anexo K. Fotografías
294

17. GLOSARIO
AMPERIO (A): unidad básica de intensidad de corriente eléctrica.
CARRO BOX: estructura metálica rodante de 50 planos constituidos por rodillos libres
que permiten almacenar baldosas para ser transportadas desde las líneas de esmaltado hasta
la entrada de los hornos.
CARRO LINEAL DE CARGA: estructura metálica cuya función es suministrar la pasta
ya elaborada sobre los moldes de las maquinas denominadas Prensas.
DISTORSIÓN: deformación de una onda en una señal ya sea de corriente o voltaje.
EFICIENCIA DE UN MOTOR: se define como la relación entre la potencia de salida de
un motor y la potencia eléctrica absorbida de la red.
ENCODER: dispositivo electrónico cuya función es controlar la velocidad, posición y/o
sentido de giro de un elemento móvil.
EMISIVIDAD: se define como la propiedad física que tiene un cuerpo para radiar hacia el
exterior la energía en forma de calor.
ENGOBE: recubrimiento que se aplica a la baldosa antes de ser esmaltada, su función es
tapar los poros que trae la baldosa a la salida de los secaderos.
ESMALTE: capa que se aplica a la baldosa cuya función es dar color, tono, apariencia y
brillo.
FACTOR DE POTENCIA: el factor de potencia se define como la relación entre la
potencia activa P y la potencia aparente S. El factor de potencia refleja la efectividad de
un circuito o sistema para transferir la potencia activa. (Potencia promedio)
Kp =
P
S
FRECUENCIA: número de ondulaciones de un movimiento vibratorio en la unidad de
tiempo.
HERTZ (Hz): unidad de frecuencia, que equivale a la frecuencia de un fenómeno
periódico cuyo período es un segundo.

18. PASTA: producto conseguido con la extracción de la humedad presente en la barbotina
cerámica, por medio del proceso de atomización.
PWM: técnica de modulación que consiste en variar el ancho de pulso de una forma de onda
(Voltaje) para variar el valor promedio a la salida.
RS-232: nombre genérico con el que se identifica a una interfase de comunicaciones; es
utilizada para establecer comunicación entre uno o mas equipos.
TERMOREGULADOR: dispositivo electrónico basado en microprocesador que permite
ejercer la acción de control sobre un sistema de regulación de temperatura retroalimentado.
VARIADOR ELECTRÓNICO DE FRECUENCIA: son dispositivos electrónicos de
control utilizados para poder controlar la velocidad en los motores asíncronos manteniendo
el torque lo más constante posible comúnmente se conocen como Variadores de velocidad o
inverter.
VATIO (W): unidad de potencia, equivalente a la energía consumida por un elemento en
una unidad de tiempo, julios por segundo.
VOLTIO (V): unidad de fuerza electromotriz y de diferencia de potencial o tensión
equivalente a la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos de un elemento
o circuito electrónico.

19. INTRODUCCIÓN
En una empresa en la cual se trabaja las 24 horas del día la ejecución, planeación y
desarrollo del mantenimiento preventivo es la herramienta fundamental para garantizar la
continuidad del proceso de producción. Al cumplir esto se disminuyen los tiempos de paro
imprevistos, se aumenta el volumen de producción y como consecuencia el aumento de sus
ganancias. CERAMICA ITALIA S.A. es una empresa del sector manufacturero que tiene
como misión la elaboración de productos cerámicos de pared y de piso con altos niveles de
calidad lo que la hacen muy competitiva tanto a nivel nacional como internacional.
La empresa tiene una de las mejores plantas de producción de Sur América, con tecnología
de punta y unas maquinas automatizadas en aproximadamente el 95% de sus instalaciones.
Para controlar cada uno de los procesos de la Sección Prensa y Línea de esmaltado la
empresa cuenta con maquinas totalmente automatizadas que permiten total autonomía en el
proceso de conformación, secado y decorado de las baldosas cerámicas.
En la empresa Cerámica Italia S.A. se encuentra la división de mantenimiento que dentro
de sus funciones tiene a cargo la instalación, operación y mantenimiento de las maquinas de
la misma. Por eso en el desarrollo del proyecto PASANTIA PARA EL SEGUIMIENTO Y
ELABORACIÓN DE MANUALES OPERATIVOS DE MANTENIMIENTO DE LOS
PROCESOS DE LA SECCIÓN PRENSA Y LÍNEA DE ESMALTADO EN LA
EMPRESA CERAMICA ITALIA S.A. se realizaron los diversos estudios y seguimiento
sobre el funcionamiento de los equipos, sobre la detección de las fallas y a su vez la
elaboración de los manuales operativos de mantenimiento.
En el presente proyecto se describen todas las actividades ejecutadas a cabalidad en la
pasantía para establecer los manuales operativos de acuerdo al plan que se estableció con el
seguimiento del funcionamiento de los equipos y las variables externas e internas que
puedan afectar su funcionamiento.
El informe describe paso a paso la ejecución del proyecto desde la formulación del
problema, objetivos planteados, justificación, marco de referencia, actividades ejecutadas,
logros y resultados, y por último, las conclusiones y recomendaciones que se obtuvieron
con el proyecto.
19

20. Es muy importante resaltar que el sistema de aseguramiento de la calidad ISO 9001 en su
numeral 6-3 contempla que el mantenimiento de los equipos es un aspecto fundamental de
la política de calidad.
La sección prensa y línea de la planta de producción esta formada por una serie de maquinas
automáticas que garantizan la continuidad del proceso de producción siempre y cuando se
realicen de manera programada, organizada y sistematizada las labores de mantenimiento
preventivo.
El trabajo que se realizó en esta pasantia conlleva a mejorar considerablemente el
mantenimiento preventivo y a disminuir paros no programados en la sección prensa y línea
de esmaltado, para así lograr un sistema de producción que garanticé de la mejor manera la
continuidad en el proceso de producción.
20

21. 1. PROBLEMA
1.1 TITULO
PASANTIA PARA EL SEGUIMIENTO Y ELABORACIÓN DE MANUALES
OPERATIVOS DE MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS DE LA SECCIÓN
PRENSA Y LÍNEA DE ESMALTADO EN LA EMPRESA CERAMICA ITALIA S.A.
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
El proceso de fabricación de baldosas cerámicas en la empresa CERAMICA ITALIA S.A.
se desarrolla en una serie de etapas sucesivas y extensas que pueden resumirse del siguiente
modo:
•
•
•
Preparación de las materias primas (Sección pasta).
Conformación, secado y esmaltado de la pieza (Sección prensa y línea de esmaltado)
Cocción, clasificación y embalaje (Sección hornos)
Conformación, secado y esmaltado en crudo de la pieza
El procedimiento predominante de conformación de las piezas es el prensado en seco
mediante el uso de prensas hidráulicas. La pieza cerámica una vez conformada se somete a
una etapa de secado, con el fin de reducir el contenido de humedad de las piezas tras su
elaboración hasta niveles los suficientemente bajos (0,2-0,5 %), para que las fases de cocción
y esmaltado se desarrollen adecuadamente. Terminada la fase de secado se procede al
transporte a través de las líneas de esmaltado, fase en la cual las baldosas cerámicas se
someten a procedimientos como el engobado, esmaltado y aplicación de serigrafías sobre la
pieza cerámica para posteriormente iniciar la etapa de cocción.
La dirección de mantenimiento es la encargada del monitoreo, programación y desarrollo
del mantenimiento preventivo, de la solución de fallas, así como de mantener un alto nivel
de ingeniería para disminuir al máximo el mantenimiento correctivo y evitar paros
imprevistos en la línea de producción. La sección de mantenimiento electrónico cubre áreas
desde la electrónica de potencia e industrial: relés de estado sólido y electromecánicos,
generadores, inverter (Variadores de Frecuencia), distribución; hasta áreas del control como
21

22. PLC (controladores lógico programables), controladores por PC, controladores de
temperatura PID, sensores y transductores entre otros.
En la actualidad la sección prensa y línea de esmaltado es una de las secciones que mas
presenta fallos y paros imprevistos en la línea de producción, así mismo no cuenta con un
instructivo de procedimiento actualizado para la ejecución de las actividades de
mantenimiento preventivo. Por todos estos motivos, surge la necesidad de resolver el
siguiente interrogante,
¿Disminuirían los tiempos de paro, mejoraría la seguridad industrial, el mantenimiento
preventivo y su ejecución en la sección prensa y línea de esmaltado de la empresa
CERAMICA ITALIA S.A. si se hiciera un seguimiento, y a su vez se elaboraran los
procedimientos para la elaboración del mismo?
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo General. Realizar una PASANTIA PARA EL SEGUIMIENTO Y
ELABORACIÓN DE MANUALES OPERATIVOS DE MANTENIMIENTO DE LOS
PROCESOS DE LA SECCIÓN PRENSA Y LÍNEA EN LA EMPRESA CERAMICA
ITALIA S.A.
1.3.2 Objetivos Específicos.
desarrollo de la pasantia son:
Los objetivos específicos que se quieren lograr con el
Recopilar la información de las maquinas utilizadas en cada uno de los procesos que hacen
parte de la sección Prensa y Línea; teniendo en cuenta características de funcionamiento,
dispositivos electrónicos, datos técnicos y ambientes de trabajo recomendados por sus
fabricantes.
Determinar el estado actual de funcionamiento de los componentes electrónicos, software de
apoyo y control de los procesos que se llevan a cabo en la Sección Prensa y Línea de
esmaltado.
Establecer e identificar las fallas más comunes que se presentan en los procesos de esta
sección.
22

23. Elaborar estrategias para la realización del mantenimiento preventivo y predictivo de cada
uno de los procesos de esta Sección en la línea de producción.
Obtener los diferentes instructivos de mantenimiento que sirvan de soporte técnico para el
mantenimiento de la sección Prensa y Línea en la división de mantenimiento de la empresa
Cerámica Italia S.A.
Realizar y entregar un informe final sobre el desarrollo de la pasantia ejecutada en la
división de mantenimiento de la empresa CERAMICA ITALIA S.A.
1.4 JUSTIFICACIÓN
La ejecución de la pasantía ofrece beneficios tanto para la Empresa, la Institución, la
comunidad y a nivel personal.
Para la Empresa:
La importancia del proyecto de ingeniería radica en la solución de una problemática que
existe en el medio industrial. En el proyecto como pasantía es brindar ayuda técnica para la
realización de las actividades de mantenimiento de los procesos de la Sección Prensa y Línea
de Esmaltado de la empresa Cerámica Italia S.A. Con la realización de la pasantía se
proporciona a la empresa y a la región, desarrollo tecnológico; y especialmente a Cerámica
Italia S.A. herramientas para el mejoramiento de la producción y del desarrollo de sus
productos.
El desarrollo del proyecto permite a la empresa mejorar el servicio de mantenimiento en los
procesos dando mayor confianza y seguridad en los equipos; además se desarrollan
actividades encaminadas a usar los equipos con los cuales cuenta la empresa para la
ejecución de mantenimiento con el objetivo de verificar posibles fallas para solucionarse
antes de ejecutar acciones correctivas no programadas.
Para la Institución:
La Universidad Francisco de Paula Santander se beneficia porque se estrecha el vínculo
universidad-empresa, ofreciendo a las empresas de la región recurso humano idóneo capaz
de solucionar problemáticas y necesidades ayudándolas a fortalecerse tecnológicamente.
23

24. Con la realización de la pasantía la universidad se muestra como una institución capaz de
preparar al futuro profesional con un perfil idóneo en las competencias laborales del nuevo
ambiente de globalización y especialmente en el desarrollo de la automatización el control.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
Los alcances que se quieren lograr con el desarrollo de la pasantia son:
•
Consolidar una base técnica sobre los equipos eléctricos y electrónicos asociados a las
maquinas que forman parte de los procesos de esta sección, para actualizar el
mantenimiento de los mismos.
•
Realizar un seguimiento de las fallas más comunes en las maquinas que cubren los
procesos de dicha sección.
•
Realizar los manuales operativos de mantenimiento para la realización de actividades de
mantenimiento preventivo.
•
Mejorar la seguridad industrial en la empresa.
•
Adquirir experiencia laboral en el medio industrial para desarrollar los conocimientos
adquiridos en el transcurso de la carrera.
A nivel de mantenimiento preventivo de motores y transformadores no se cuenta con
equipos los cuales permitan medir la resistencia de aislamiento una actividad que se puede
realizar dentro del mantenimiento preventivo, así mismo no se puede contar con todas las
herramientas necesarias para realizar mantenimiento predictivo debido al elevado costo de
estos equipos, por lo tanto en el proyecto se trabajara con el pirómetro óptico.
24

25. 2. MARCO REFERENCIAL
2.1 ANTECEDENTES
En el año de 1977 en la gerencia de Tejar de Pescadero S.A. surge la idea de fabricar una
baldosa esmaltada que diera un vuelco total a la fabricación tradicional de tabletas. Es así,
como un importante grupo industrial crea la empresa denominada “Promotora Zulia Ltda.”
mediante Escritura Pública Nº 2397 del 5 de octubre de 1981, la cual más tarde cambiaría su
nombre por el de CERAMICA ITALIA S.A.¸ según Escritura Nº 476 del 16 de febrero de
1983. La razón para el cambio de nombre fue la de proyectar la imagen de una fábrica
moderna de baldosas que llamaría más la atención a los posibles consumidores. La empresa
CERAMICA ITALIA S.A. se constituyó como tal por la empresa Tejar de Pescadero S.A. y
la asociación de cuatro buenos clientes de ésta. Corfioriente no sólo decidió participar en el
capital de dicha sociedad obteniendo el 20% de las acciones, sino otorgó en asocio con otras
entidades financieras, los créditos necesarios para su funcionamiento, pues la empresa
demanda una inversión total aproximada a los diez millones de dólares (US $ 10.000.000).
Para obtener un estudio claro y de factibilidad se logró la colaboración del Fondo de
Promoción y Exportación PROEXPO, que trajo al país expertos italianos quienes llevaron a
cabo dicho estudio. Estas industrias fueron: Sacmi Impanti y Welko Industriales. La entidad
proyectó realizar una fábrica de cerámica tipo “Cattoforte” en las proximidades de la ciudad
de Cúcuta. El proyecto considero la instalación de un módulo de 1.200 m2 de capacidad
diaria en baldosas con formato 20*30 en proceso de monococción. Permanentemente, su
junta directiva, gerencia general y todo el equipo de colaboradores buscan incrementar la
productividad, mejorar la calidad, el diseño de los productos y tener presencia de marca a
nivel nacional e internacional, de manera coherente con su visión, misión y política de
calidad. Con 200 empleados produce una variedad de productos que hace la empresa
atractiva a más de 60 distribuidores y 200 constructores a nivel nacional. Sus productos son
desde enchapes para muro en formato 20*20, 20*25, pisos 30*30 y 45*45 tráfico pesado. De
otro lado tiene una amplia gama de productos importados como cenefas, pegantes, pisos
40*40, pared 25*35, de las mejores marcas españolas e italiana, que complementa su canasta
de productos. CERAMICA ITALIA S.A., ofrece al consumidor colombiano, la posibilidad
de tener los diseños más modernos y actualizados, a los mejores precios del mercado,
contribuyendo a mejorar su estándar de vida.
Domicilio legal y ubicación geográfica. CERAMICA ITALIA S.A. se encuentra localizada
en la Av. 3 con Calle 23AN Zona Industrial de la ciudad de Cúcuta, Departamento Norte de
Santander.
25

26. Cuenta a su vez con dos salas de exhibición y venta ubicadas en las ciudades de Bogotá y
Bucaramanga, y un gran número de distribuidores en todo el territorio nacional.
2.1.1 A Nivel Académico. Buscando en los trabajos de grado de la Biblioteca Eduardo Cote
Lamus se encontraron los siguientes trabajos referentes a la ejecución del presente proyecto.
RINCÓN LOZANO, José Antonio. Pasantia para la elaboración de los manuales de
mantenimiento preventivo y correctivo de los equipos de comunicación de banda VHF en la
división de soporte técnico de la unidad administrativa especial de aeronáutica civil regional
Norte de Santander. Plan de Estudios de Ingeniería Electrónica. Universidad Francisco de
Paula Santander. 2003 El objetivo principal de este trabajo fue la elaboración de los
manuales de mantenimiento preventivo y correctivo de los equipos de la banda VHF en la
División de Soporte Técnico de la Unidad Administrativa Especial (UAE) de Aeronáutica
Civil Regional Norte de Santander.
FIGUEROA PIÑA, Renzo Fabricio. JÁUREGUI PABON, Walter Orlando. Elaboración del
programa de actividades de mantenimiento preventivo de la maquinaria y equipos utilizados
en la fabricación de partes y accesorios del sector automotriz en la Empresa Industrial Ureña
C.A. Plan de Estudios de Ingeniería Mecánica. 2002. En este proyecto se realizó la
descripción de los pasos a seguir en la elaboración del mantenimiento para la empresa
Industrial Técnica Ureña, Incluye toda la documentación técnica para iniciar su
implementación, ejercer la planeación y el control del mantenimiento.
2.1.2 A Nivel Institucional. La Empresa CERAMICA ITALIA S.A. cuenta con un software
de gestión llamado INFOMANTE para programar cada una de las actividades desarrolladas
en un plan de mantenimiento preventivo y correctivo. Cuenta con un jefe de mantenimiento
Preventivo y dos Ingenieros de Mantenimiento Electrónico. En la actualidad CERAMICA
ITALIA S.A. cuenta con una de las plantas más modernas de Sudamérica, la sección prensa
y línea cuenta con cinco líneas de producción; secaderos verticales y horizontales de alto
rendimiento, prensas hidráulicas de 1400 y 2800 TON) que elevaron su producción a Apx.
20.000 m2/día.
A nivel institucional el desarrollo de este proyecto permitirá vincular socialmente a la
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER artífice de los conocimientos
adquiridos con entidades de alto prestigio a nivel regional como la empresa CERAMICA
ITALIA S.A.
26

27. 2.2 MARCO CONTEXTUAL
2.2.1 Cerámica Italia S.A. Es una empresa del sector privado comprometida a satisfacer las
necesidades de sus clientes ofreciéndoles servicios y productos cerámicos diferenciados que
cumplan con las normas internacionales.
El mejoramiento continuo, diseño y desarrollo serán nuestra garantía de competitividad y
liderazgo, para lo cual la dirección esta constantemente comprometida a asegurar los
recursos necesarios para la formación continúa de personal o inversión tecnológica que
permita satisfacer los cambiantes requerimientos de sus clientes. El sistema de gestión de
calidad, fundamentado en procesos de cara al cliente, debe asegurar una mejora continua en
la satisfacción de nuestros clientes, en la calidad de sus procesos y por su puesto en la
calidad de nuestros productos.
Misión. Cerámica Italia S.A. Tiene como misión elaborar productos cerámicos para piso y
pared, orientados a cumplir con parámetros de calidad y diseño, que se ajustan a normas
internacionales y satisfagan a nuestros clientes. Nuestro propósito es asegurar la
rentabilidad del negocio, la permanencia en el mercado y mejorar la calidad de vida de
nuestros empleados y de la comunidad en que operamos.
Visión. Convertirnos en una empresa manufacturera cerámica de proyección Global, siendo
lideres en diseño y tecnología propia, con productos de categoría mundial que cumplan
plenamente las expectativas de nuestros clientes. Esto se lograra con el concurso de nuestros
accionistas, el desarrollo integral de nuestros empleados y de la comunidad.
2.2.2 Sección Prensa y Línea de Esmaltado. Es la sección donde se desarrollaron las
actividades enfocadas a la realización de esta pasantia.
Esta sección comprende desde la entrada de la pasta ya elaborada a través de bandas
transportadoras en las tolvas de las prensas, hasta la zona de las maquinas de cargue de los
carros box. En la actualidad existen cinco líneas de producción conformadas por la
diferentes maquinas que permiten elaborar una parte del proceso de fabricación de baldosas
cerámicas.
Las cinco líneas de producción están formadas básicamente por los siguientes elementos:
• Prensas hidráulicas.
• Secaderos.
27

28. •
•
•
•
•
Sistemas de bandas transportadoras.
Línea de transporte a los secaderos.
Compensadores.
Maquinas serigraficas.
Maquinas de cargue de los carros box.
El procedimiento se inicia con la carga de la pasta ya elaborada, a las prensas cuya función
principal es la formación de la baldosa gracias a la energía oleodinámica.
Figura 1. Prensa, PC y mesa transportadora.
La formación de la baldosa opera por acción de una compresión mecánica de la pasta
(proveniente de los silos de la sección preparación pasta) en el molde empleando la energía
hidráulica. La energía hidráulica (fuerza mecánica de compresión) se logra gracias a los
multiplicadores de presión ubicados en los circuitos hidráulicos de la maquina. La presión
del aceite es transmitida por medio de una bomba a pistones o centralita oleodinámica cuyo
eje central es un motor trifásico asíncrono con conexión estrella triangulo.
A continuación de la formación de las baldosas estas pasan a un translador conocido como
mesa recogedora o transportadora basado en un sistema de bandas las cuales permite el
transporte de las mismas hacia los Secaderos los cuales tienen como función principal
reducir el contenido de humedad de las baldosas tras su conformado, hasta niveles los
suficientemente bajos para que las fases de engobe, esmaltado, decorado y cocción se
realice adecuadamente. Este tipo de maquina se muestra en la figura 2. El mecanismo de
recirculación de aire de los secaderos se conoce en termodinámica, como convección y es
el principio de funcionamiento de todas estas maquinas. El sistema de control de
temperatura de lazo cerrado esta recibiendo constantemente la señal del transductor de
temperatura (termopar) para determinar la señal de error y ejecutar la acción de control
sobre el elemento de actuación o servomecanismo.
28

29. Figura 2. Secadero vertical.
En la parte de prensado y secado se realizan una serie de controles sobre el producto (tanto
en crudo como en seco) que el operario debe realizar los cuales deben estar dentro de unas
normas ya establecidas que determinan la calidad del producto. Estos controles son:
•
Temperatura a la salida del secadero: Esta lectura se lee directamente del pirómetro
óptico que detecta la temperatura, que se encuentra ubicado en la línea de esmaltado.
•
Humedad a la salida del secadero.
A nivel general cada maquina tipo secadero o prensa consta de un tablero de distribución
(cuadro eléctrico) y panel de mando. Los tableros contienen en su interior los dispositivos de
Potencia. Manejan las señales tanto de baja como de alta tensión en forma separada.
En ellos se alojan dispositivos y elementos como selectores, pulsadores, PLC’s
(Controladores Lógico Programables), inverter (o variadores de velocidad), temporizadores,
relés de estado Sólido, electromecánicos y dispositivos como barrajes de potencia,
transformadores, Arrancadores estrella triangulo, telerruptores (contactores). Dispositivos de
seguridad como interruptores magneto térmicos, (Guardamotores), Relés térmicos, fusibles,
indicadores de medidas como amperímetros y voltímetros, así como luminosos (pilotos) y
acústicos (sirenas de alarma).
Luego de la salida de las baldosas del secadero empieza lo que se denomina líneas de
esmaltado. A la salida del secadero un sistema de bandas transportadoras inicia el transporte
de las baldosas hacia Líneas de Esmaltado. Un pirómetro óptico se encarga de tomar la
lectura de la temperatura al comienzo de la línea.
29

30. Seguidamente pasa por la cabina de aplicación de agua en aspersión para disminuir la
temperatura si es necesario. La aplicación de agua sólo se hace cuando la temperatura
registrada por el pirómetro es mayor a 75° C, esta aplicación debe hacerse en forma
homogénea sobre la baldosa por medio de una boquilla que esparce uniformemente el agua
sobre el material. Para este procedimiento se utiliza una BOMBA AIRLESS que trabaja
con presiones entre 20 y 30 bares.
Después de pasar por la cabina de aplicación de agua la baldosa pasa por una cabina de
Engobe, la cual tiene como función aplicar el engobe a la baldosa, preparando la superficie
para ser esmaltada. La función del engobe es tapar los poros que trae la baldosa.
Después de engobar la baldosa, esta sigue su paso a través de las líneas y llega a la Cabina
de Esmalte, allí se procede a esmaltar la baldosa cumpliendo con la función de dar color,
tono, apariencia, brillo. Una vez seco el esmalte de las baldosas, pasan por una cabina de
fijador. A cada baldosa se le aplican entre 0.5 y 1.0 gramos de fijador el cual se aplica para
evitar que la serigrafía tape la pantalla.
Continuando el proceso la baldosa llega a las máquinas serigrafícas las cuales se muestran
en la figura 3 y son encargadas de estampar en la baldosa un diseño preestablecido con la
ayuda de una pantalla que se cambia de acuerdo al formato que se esté produciendo,
dependiendo del tipo de decorado la baldosa debe pasar de nuevo por cabinas de fijador, o
por la aplicación de nuevos decorados según corresponda. Las maquinas serigrafícas son
tipo plano y utilizan un mecanismo de espátula junto con la pantalla para imprimir el diseño
del material que se este produciendo.
Según el formato que se esté elaborando y de acuerdo a su utilización la cerámica debe
pasar por cabinas de goteado o por cabinas granilladoras (pisos de trafico IV) antes de la
carga de los carros box.
30

31. Figura 3. Maquina serigrafica.
En todas las líneas hay máquinas llamadas compensadores que se muestran en la figura 4,
los cuales son utilizados para darle continuidad a la línea mientras la pantalla de la maquina
serigrafica se limpia o mientras se resuelve algún problema en la línea. La ubicación de
estas maquinas por lo general se realiza antes de cada maquina Serigrafica.
El compensador consta de un sistema de aletas o parrillas el cual ante la intervención de
una señal de control externa, espera la entrada de una baldosa e inicia el proceso de carga
de acuerdo a la señal registrada por un sensor fotoeléctrico de entrada. Por lo general en
cada línea de producción existen de tres (3) a seis (6) compensadores dependiendo del
número de maquinas serigrafícas existentes en cada línea.
Figura 4. Compensador.
El siguiente paso es el engobe de tableta que se aplica en la parte inferior de la baldosa,
para proteger los rodillos de los hornos.
31

32. Finalmente la baldosa pasa por las Máquinas de cargue BT 956 de los carros de transporte
(Carros Box). La gama de máquinas de carga y descarga de los carros de transporte se
compone de: máquinas en plano y brazo articulado. Son gestionadas y controladas por un
sistema automático con PLC e inverter que hace extremadamente rápido y fácil el cambio
de formato. Dichas maquinas manejan diferentes velocidades las cuales son logradas por
los variadores electrónicos de frecuencia que utilizan la técnica de control Voltios/Hertz
para lograr su objetivo. El objetivo de esta técnica es mantener constante dicha relación
para evitar la perdida de torque sobre el actuador y lograr así el cambio de velocidad
requerido por el proceso.
Luego que son cargados los carros box por las maquinas mencionadas anteriormente, estos
son llevados de nuevo a unos presecaderos y después de cierto tiempo en los mismos son
llevados a la zona de descargue de los carros box para su posterior ingreso a la zona de
cocción denominada Sección hornos. Después del proceso de cocción esta la selección
automática la cual permite la clasificación del material por defectos. A continuación se
muestra la figura de una maquina de cargue.
Figura 5. BT 956 Maquina de cargue.
2.2.3
División de mantenimiento. El objetivo principal de la dependencia de
mantenimiento es la participación efectiva con el mejor rendimiento de la empresa, para
ello interviene en la planeación, desarrollo, comunicación y ejecución de planes de
conservación del equipo ya existente. La división de mantenimiento de la empresa
Cerámica Italia S.A. Esta estructurada de acuerdo al organigrama mostrado a continuación.
32

33. Figura 6. Estructura de la División de Mantenimiento
Objetivos de la dependencia de mantenimiento.
cumplir la dependencia de mantenimiento son:
Los principales objetivos que debe
•
Mantener un alto nivel de ingeniería práctica en la ejecución del trabajo elaborado por
los jefes de mantenimiento.
•
Mantener en operación los equipos y sistemas auxiliares a fin de asegurar productos de
óptima calidad al menor costo posible.
•
Ejecutar todas las acciones propias de la dependencia de mantenimiento con el objeto de
prevenir antes de corregir posibles daños.
•
Tomar decisiones tendientes a la adecuada conservación y formular recomendaciones
sobre la renovación de maquinaria y equipos.
Funciones del Jefe de mantenimiento Electrónico.
•
Revisar, Evaluar y desarrollar las actividades a ejecutar en el mantenimiento preventivo
de la sección, asi como hacer cumplir dichas actividades por parte de los técnicos
asignados para esta función.
33

34. •
Disminuir el riesgo de falla de los equipos electrónicos asociados a las maquinas que
afectan la productividad en la planta garantizando así un alto grado de confiabilidad y
excelencia en el funcionamiento de las máquinas a su cargo, con el fin de obtener
productos de óptima calidad de manera continúa.
•
Detectar posibles fallas y anomalías en los sistemas eléctricos y electrónicos de las
máquinas de la sección, y de igual forma atender las emergencias presentadas en la
sección dando solución en el menor tiempo posible.
•
Atender y dirigir a los técnicos de preventivo y de turno en el desempeño de sus
funciones, prestando asesoria científica para lograr la continuidad de las maquinas que
intervienen en el proceso de producción.
•
Obtener las máximas condiciones de operación al mínimo costo y con la mayor
seguridad para el operario y el proceso en si aumentando la disponibilidad del equipo
para que el trabajo del mismo sea confiable y el producto sea de alta calidad
•
Prestar asistencia técnica a los operarios de la sección
•
Hacer las requisiciones de los repuestos necesarios para garantizar la continuidad en el
proceso de producción y así cumplir con la ejecución del mantenimiento preventivo.
•
Desarrollar proyectos de ingeniería para el mejoramiento de la planta de producción.
2.3 MARCO TEÓRICO
Para un correcto desarrollo del trabajo es necesario tener unos conocimientos concisos en el
área de ejecución del proyecto. Como este proyecto se enmarca en el área de la electrónica
industrial y el control es necesario tener los conocimientos que se enmarcan en los
siguientes puntos.
•
•
•
•
Sistemas de Control.
Modos de control en los sistemas industriales de lazo cerrado.
Control por ordenador.
Controlador Lógico Programable.
34

35. •
•
•
•
•
Transductores y Sensores.
Dispositivos de actuación.
Inversores de modulación de ancho de pulso.
Variadores electrónicos de velocidad.
Conceptos de Mantenimiento.
2.3.1 Sistemas de Control. El objetivo de un sistema de control es el de conducir la
respuesta de una proceso, sin que el operador intervenga directamente sobre sus salidas.
Dicho operador manipula únicamente las magnitudes de consigna y el sistema de control se
encarga de gobernar dichas salidas a través de los accionamientos. El sistema de control
opera en general con magnitudes de baja potencia, las cuales gobiernan unos accionamientos
que son los que realmente modulan la potencia entregada a la planta según sea necesaria.
Existen básicamente dos tipos de sistemas de control: el de lazo abierto y el de lazo cerrado
de los cuales se hablara más adelante.
Tipos de señales en los sistemas de control
A nivel global existen dos tipos de señales en los dispositivos de control las señales
analógicas y las señales digitales. Si las entradas y salidas al controlador son señales
continuas, entonces el sistema de control se denomina analógico. Por el contrario, si dichas
entradas y salidas pueden encontrarse únicamente en dos posibles estados, identificados por
dos niveles diferentes de tensión o de intensidad, el sistema de control se denomina digital.
Señales Analógicas. El nivel o la amplitud de las señales analógicas pueden variar en forma
continua con el tiempo. Es decir, la amplitud de la señal puede adoptar un valor dentro de las
infinitas posibilidades que ofrece un rango prefijado por unos valores mínimo y máximo. La
figura 7 muestra una señal analógica muy común denominada sinusoide u onda senoidal, a
causa de que su forma ondulada queda descrita por la función matemática seno. Esta señal se
denomina una señal periódica porque se repite cada T segundos. El intervalo T en segundos
es lo que se denomina periodo de la señal. Al calcular el inverso del tiempo T se obtiene
entonces la frecuencia de la señal que se representa por la letra f . De forma análoga si se
conoce la frecuencia es posible determinar el periodo de la señal, así pues
f =
1
T
Y
T=
1
f
La frecuencia indica cuantas veces se repite la señal en un segundo. No todas las señales
continuas son periódicas ni todas son sinusoides, pero todas pueden describirse en términos
de sinusoides a través de la transformada de fourier.
35

36. Figura 7. Señal Analógica.
Señales Digitales. Las señales digitales que se utilizan en los sistemas de control adoptan
uno de dos posibles niveles, es decir son binarias. Podemos representar este tipo de señales
de forma numérica, asignando a uno de los niveles de tensión el valor “1”, y al otro el valor
“0”, los dos valores permitidos en el sistema de binario de numeración (base 2). Los
circuitos electrónicos digitales funcionan con dos niveles de tensión, pero los niveles
concretos que representan al “1” y “0” en un sistema u otro pueden ser diferentes. Por
ejemplo en un sistema de control industrial los dos estados podrían ser representados dos
niveles de tensión 24 y 0 voltios. Mientras en un sistema de comunicación serial un nivel
de tensión negativa representa el “0” y un nivel de voltaje cerca a 15 voltios representa un
“1” lógico.
Para analizar los sistemas de control, deben definirse ciertos términos y conceptos básicos,
los cuales se enuncian a continuación.
Variable controlada y variable manipulada1. La variable controlada es la cantidad o
condición que se mide y se controla. La variable manipulada es la cantidad o condición que
el controlador modifica para afectar el valor de la variable controlada. Normalmente, la
variable controlada del sistema es la salida del sistema. Controlar significa medir el valor
de la variable controlada del sistema y aplicar la variable manipulada al sistema para
corregir o limitar la desviación del valor medido respecto del valor deseado.
Planta. Una planta puede ser una parte de un equipo, tal vez un conjunto de los elementos
de una maquina que funcionan juntos, y cuyo objetivo es efectuar una operación particular.
Una planta es cualquier objeto físico que se va a controlar (como un dispositivo mecánico,
un horno de calefacción, un reactor químico o una nave espacial).
1
KATSUHIKO, Ogata. Ingeniería de control moderna. 4a ed. s.l: Prentice Hall, 2003. p 1, 2.
36

37. Procesos. Se define un proceso a cualquier operación o sistema a controlar. Algunos
ejemplos son los procesos químicos, económicos y biológicos.
Sistemas. Un sistema es una combinación de componentes que actúan juntos y realizan un
objetivo determinado. Un sistema no esta necesariamente limitado a los sistemas físicos. El
concepto de sistema se puede aplicar a fenómenos abstractos y dinámicos, como los que se
encuentran la economía. Por tanto, la palabra sistema debe interpretarse en un sentido amplio
que comprenda sistemas físicos, biológicos, económicos y similares.
Perturbaciones. Una perturbación es una señal que tiende a afectar negativamente el valor
de la salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se denomina
interna, mientras que una perturbación externa se genera fuera del sistema es una entrada.
Control realimentado. El control realimentado se refiere a una operación que, en presencia
de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna
entrada de referencia, y lo realiza tomando en cuenta esta diferencia.
Sistema de Control de Lazo abierto. Un sistema de control de lazo abierto se define como
un sistema que no recibe ningún tipo de información sobre el estado y comportamiento de la
planta o proceso al ejecutar la acción de control. En este caso el conjunto de sistema de
control y accionamientos se limitaría solo a ser un convertidor amplificador de potencia que
ejecuta las órdenes dadas a través de las señales de consigna. Los sistemas de control de lazo
abierto tienen la ventaja de ser relativamente sencillos, por lo que generalmente su costo es
bajo y en general su confiabilidad es buena. Sin embargo, con frecuencia son imprecisos
porque no hay corrección de errores como si la hay en los sistemas de control de lazo
cerrado.
Figura 8. Sistema de control de lazo abierto.
ENERGÍA
SALIDAS
RTA
UNIDAD DE
CONTROL
SEÑALES
DE ENTRADA
ACCIONAMIENTOS
SEÑALES
DE CONTROL
Elementos de Señal
Elementos de Potencia
37
PROCESO

38. Sistema de Control de Lazo Cerrado. Un sistema de control de lazo cerrado es un
sistema que recibe constantemente información del comportamiento de la planta para la toma
de decisiones. Este sistema de control es un sistema que consta de un lazo de
retroalimentación generalmente formado por un sistema de sensores que detecten el
comportamiento de la planta y de unas interfaces para adaptar las señales de los sensores a
las entradas del sistema de control. En un sistema de control de lazo cerrado, la salida tiene
un efecto en la señal de entrada, modificándola para mantener la señal de salida en el valor
requerido. De igual forma los sistemas de control de lazo cerrado tienen la ventaja de ser
bastante precisos para igualar el valor real al valor deseado y a su vez la desventaja de ser
más complejos y por lo tanto mayor riesgo de falla.
Figura 9. Sistema de control lazo cerrado.
ENERGÍA
ENTRADAS
SALIDAS
UNIDAD
DE CONTROL
INTERFACES
SEÑALES
DE CONTROL
RTA
ACCIONAMIENTOS
PROCESO
SENSORES
Elementos de Señal
Elementos de Potencia
Retroalimentación Positiva: Se da cuando la señal de error es la suma de la señal de
entrada y la señal de salida, estos sistemas son inestables pues, la señal de error tiende a
crecer cuando mas se desvía la salida deseada. Este es el caso de los sistemas que entran en
resonancia.
Retroalimentación Negativa: Es cuando la señal de error es la diferencia entre la señal de
entrada y la señal de salida. En ellos la señal de error tiende a anularse y por lo tanto puede
ser estables por lo tanto son los únicos aptos para el control.
38

39. 2.3.2 Modos de Control en los Sistemas Industriales de lazo cerrado. La manera como
reacciona un controlador a una señal de error es una indicación del modo de control. Los
controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control como:
•
•
•
•
•
•
De dos posiciones o controladores on-off
Controladores proporcionales.
Controladores integrales.
Controladores proporcionales-integrales.
Controladores proporcionales-derivativos.
Controladores proporcionales-integrales-derivativos.
Acciones de control de dos posiciones o de encendido y apagado (on-off) 2 1. En un
sistema de control de dos posiciones el elemento de actuación solo tiene dos posiciones
fijas, que en muchos casos, son simplemente encendido y apagado. El control de dos
posiciones o de encendido y apagado es la forma más simple y económica de control razón
por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domésticos.
Supóngase que la señal de salida del controlador es u(t) y que la señal de error es e(t). En el
control de dos posiciones, la señal u(t) permanece en un valor ya sea máximo o mínimo,
dependiendo de si la señal de error es positiva o negativa. De este modo,
u (t ) = U 1, Para e(t ) > 0
U 2, Para e(t ) < 0
Donde U1 y U2 son constantes.
Acción de control proporcional. Para un controlador con acción proporcional, la relación
entre la salida del controlador u (t) y la señal de error e(t) es:
u (t ) + Kp * e(t )
O bien, en cantidades de transformada por el método de Laplace,
U (s)
= Kp
E ( s)
Donde Kp se considera la ganancia proporcional. Cualquiera que sea el mecanismo real y
la forma de la potencia de operación, el controlador proporcional es en esencia un
amplificador con ganancia ajustable.
2
KATSUHIKO, Ogata. Ingeniería de control moderna. 4a ed. s.1: Prentice Hall, 2003. p 63,65
39

40. Acción de control integral. En un controlador con acción de control integral, el valor de la
salida del controlador u (t) se cambia en a una razón proporcional a la señal de error e(t). Es
decir,
du (t )
= Ki ⋅ e(t )
dt
O bien
t
u (t ) = Ki ∫ e(t ) ⋅ dt
0
Donde k (i ) es una constante ajustable. La función de transferencia del controlador integral
es:
U ( s ) Ki
=
U (t )
s
Acción de control proporcional-integral. La acción de control de un controlador
proporcional integral se define mediante
t
Kp
e(t ) ⋅ dt
u (t ) = Kp ⋅ e(t ) +
Ti ∫
0
O la función de transferencia del controlador es 3 2:
U ( s)
1 ⎞
⎛
= Kp ⋅ ⎜1 +
⎟
E ( s)
⎝ Ti ⋅ S ⎠
Donde Ti se denomina tiempo integral.
Acción de control proporcional-derivativa. La acción de control de un controlador
proporcional derivativa (PD) se define mediante
u (t ) = Kp ⋅ e(t ) + Kp ⋅ Td
de(t )
dt
O la función de transferencia es
U (s)
= Kp ⋅ (1 + Td ⋅ S )
E ( s)
3
KATSUHIKO, Ogata. Ingeniería de control moderna. 4a ed. s.l: Prentice Hall, 2003. p 66
40

41. Acción de control proporcional-integral-derivativa La combinación de la acción de
control proporcional, la acción de control integral y la acción de control derivativa se
denomina acción de control proporcional-integral-derivativa. Esta acción combinada tiene
las ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. La ecuación de un
controlador con esta acción combinada esta dada por
t
u (t ) = Kp ⋅ e(t ) +
de(t )
Kp
e(t ) ⋅ dt +KpTd
dt
Ti ∫
0
O la función de transferencia es
U (s)
1
⎛
⎞
= Kp ⎜1 +
+ Td ⋅ S ⎟
E (s)
⎠
⎝ Ti ⋅ S
Donde Kp es la ganancia proporcional, Ti es el tiempo integral y Td es el tiempo derivativo.
2.3.3 Control por Ordenador Esta opción permite beneficiarse al máximo de las
capacidades de la máquina: la memorización de un gran número de formulaciones, la
memorización de las condiciones de funcionamiento, y el registro continúo de datos desde el
momento del arranque hasta la parada de la máquina.
El PC industrial permite también la gestión de datos de acceso, la calibración de todas las
formulaciones, controlar las condiciones de proceso, selección automática de color (cuando
la máquina contempla esta opción), e indicación de las cantidades en exceso o en defecto así
como un expediente completo de los problemas de parada de máquina o mal funcionamiento.
Así se hable de un PC industrial hay que tener en cuenta que las tarjetas de expansión para
PC no dejan de ser parte de un PLC, con lo cual trabajamos de un modo u otro con los
PLC’s. Un sistema de control por PC industrial es en si como se dijo anteriormente una
unidad de control que combina la versatilidad de los PLC con las ventajas del entorno
grafico de un PC.
Una unidad de control de este tipo tiene las siguientes características.
•
•
•
Software estándar para manipulación de datos y gestión de la producción.
Interfaces graficas estándar de ordenador para monitorear el proceso.
Control descentralizado con inteligencia distribuida.
41

42. •
•
•
•
•
•
•
Sistemas de comunicación estándar.
Facilidad de interfaz con la planta.
Mantenimiento fácil por secciones.
Disponibilidad de herramientas de TEST para la ejecución de mantenimiento.
Posibilidad de visualizar el proceso en tiempo real.
Programación fácil al nivel de secciones.
Flexibilidad para realizar cambios.
A continuación se muestra un diagrama a bloques de un controlador por PC
Figura 10. Diagrama a bloques controlador PC industrial.
2.3.4 Controlador lógico programable PLC. Es un equipo electrónico de control
independiente del proceso a controlar que se adapta al mismo mediante un programa
específico (software) que contiene la secuencia de operaciones a realizar. Esta secuencia de
operaciones se define sobre señales de entrada y salida al proceso cableadas directamente en
los bornes de conexión del PLC.
El controlador lógico programable gobierna las señales de salida según el programa de
control previamente almacenado en una memoria, a partir del estado de las señales de
entrada. Este programa se introduce en el PLC a través de la unidad de programación
42

43. consola o PC, que permite además funciones adicionales como depuración de programas,
simulación, monitorización y control en línea con el del dispositivo.
Terminal de programación. El terminal o consola de programación es el que permite
comunicar al operario con el sistema, las funciones básicas de este son las siguientes:
•
•
•
Transferencia y modificación de programas.
Verificación de la programación.
Información del funcionamiento de los procesos.
Como consolas de programación pueden ser utilizadas las construidas específicamente para
el autómata, tipo calculadora o bien un ordenador personal PC, que soporte un software
especialmente diseñado para resolver los problemas de programación y control.
Figura 11. PLC OMRON y consola de programación.
Campos de aplicación. Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales
que tengan una o varias de las siguientes necesidades:
•
•
•
•
•
•
Espacio reducido.
Procesos de producción periódicamente cambiantes.
Procesos secuénciales.
Maquinaria de procesos variables.
Instalaciones de procesos complejos y amplios.
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
43

44. Aplicaciones Generales
• Maniobra de maquinas.
• Maniobra de instalaciones.
• Señalización y control.
Ventajas de los PLC’s.
• Menor tiempo de elaboración de proyectos y puesta en funcionamiento.
• Posibilidad de añadir modificaciones sin costo alguno.
• Mínimo espacio de ocupación.
• Menor costo de mano de obra.
• Mantenimiento económico.
• Posibilidad de gobernar varias maquinas con el mismo autómata.
Partes de un autómata programable. La estructura básica de cualquier autómata es:
• Fuente de alimentación
• CPU
• Módulos I/O
• Terminal de programación.
Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden tener varias de estas secciones en
un mismo modulo o separadas por diferentes módulos. Así se pueden distinguir autómatas
compactos y modulares.
2.3.5 Transductores y Sensores. A nivel de dispositivos de entrada existen los sensores y
transductores los cuales se describen a continuación.
Transductores. Son dispositivos de entrada. Generan una señal eléctrica en respuesta a un
estimulo físico externo. Son utilizados para la medición de eventos a través de la generación
de una señal de corriente o voltaje. Entre los transductores tenemos los termopares,
comúnmente conocidos como termosondas o termocuplas los cuales transforman un nivel de
temperatura en una FEM (Fuerza electromotriz). Su funcionamiento se basa en un fenómeno
conocido como efecto Seebeck.
Figura 12. Termocupla.
44

45. El cual es en realidad, la superposición de otros dos: El efecto Thomson y el efecto Peltier.
Efecto Peltier: En la unión de dos metales diferentes, aparece una FEM.
Efecto Thomson: Si en un cuerpo metálico, hay puntos a diferentes temperaturas, entre esos
puntos aparecerá una FEM. Esta FEM no depende de la distancia entre los puntos. Sólo de la
diferencia de las temperaturas. En un circuito formado por dos metales, cuyas uniones están
a diferentes temperaturas, veremos que surgen las distintas FEMS que enunciamos en la
figura:
Figura 13. Efecto Seebeck.
Donde EA y EB son FEMS de Thomson, mientras que EAB y EBA son de Peltier. Si se cumple
que EAB + EB > EBA + EA, tendremos una circulación de corriente en el sentido de las agujas
del reloj. Si observamos, veremos que algunas FEMS tienen el mismo sentido que la
corriente, mientras que en las restantes se da la situación inversa.
Los sectores cuyas FEM coinciden con el sentido de la corriente, se comportan como fuentes
de corriente eléctrica, mientras que los otros, como cargas. Definimos como electrodo
positivo a aquel que en la unión fría (En este caso t2) entrega la corriente (En este caso, el
metal A).
La magnitud de la FEM generada depende del tipo de conductores utilizados por el termopar
y de sus condiciones metalúrgicas. Como consecuencia de ello existe una clasificación de los
diferentes tipos de termopares que se utilizan a diversos niveles de temperatura y con
diferentes metales conductores. En el cuadro 1 se muestra dicha clasificación con sus
correspondientes conductores y limites de temperatura.
45

46. Cuadro 1. Clasificación de los termopares.
TIPO
ALCANCE
TEMPERATURA
ºC
Metal-base
E
-270 a 1000
J
-210 a 1200
T
-270 a 400
K
-270 a 1372
N
-270 a 1300
Metal-noble
R
S
B
MATERIALES Y ALEACIONES
(+) Vs. (-)
níquel-cromo
hierro
cobre
níquel-cromo
níquel-cromo-si
magnesio
-50 a 1768
-50 a 1768
0-1820
Vs cobre-níquel
Vs cobre-níquel
Vs cobre-níquel
Vs níquel-aluminio
Vs níquel-si-
platino-13% rodio Vs platino
platino-10% rodio Vs platino
platino-30% rodio
Vs platino-6%
rodio
En la figura 14 se muestra el comportamiento de cada tipo de termopar según los niveles de
tensión Vs la temperatura generada. Es importante resaltar que una desventaja de los
termopares es su comportamiento no lineal con relación a otro tipo de sensores lo cual
implica para el diseñador la elaboración de un método de linealización para el monitoreo o
control de temperatura.
Figura 14. FEM Vs Temperatura para los termopares.
46

47. Sensores. Al igual que los transductores son dispositivos de entrada los cuales responden por
lo general a la aproximación directa o indirecta de un objeto. Existen diversos tipos de
sensores entre los mas comunes tenemos; sensores inductivos, sensores capacitivos, sensores
fotoeléctricos y finales de carrera.
Como entrada de un autómata los sensores se pueden clasificar como sensores NPN y
sensores PNP. El esquema de la figura 15 y 16 muestra los dos tipos básicos de sensores, en
el primer caso cuando el contacto se cierra, fluye corriente a través de la carga y luego a
través del conmutador esto es un dispositivo que drena corriente.
Figura 15. Sensor NPN
En el segundo caso tenemos los sensores PNP (Figura 16) en el cual la posición de la carga
cambia con relación a los sensores NPN, en este sensor la corriente fluye a través del sensor
y luego a través de la carga. Significa que el dispositivo es fuente de corriente.
Figura 16. Sensor PNP
Sensores Inductivos. Son elementos de conmutación electrónica sin contacto y sin unión
mecánica con el órgano que lo acciona. Consta fundamentalmente de un oscilador de alta
frecuencia que genera un campo en la parte sensible donde va alojada una ferrita magnética
abierta. Esta se construye de forma que generen fugas magnéticas considerables.
47

48. La presencia de una pieza metálica en la zona de detección, provoca la disminución de la
amplitud de oscilación. A partir de un determinado umbral dicha disminución se traduce en
un cambio en el estado de salida del detector. Cuando la pieza metálica abandona la región
de detección, el campo magnético provocado por el oscilador se restituye a su estado
original. La frecuencia de trabajo es un factor determinante a la hora de establecer las
distancias de detección.
Figura 17. Sensores Inductivos.
Sensores Capacitivos. Este tipo de sensores de proximidad, aunque también detectan
materiales conductores, están especialmente indicados para la detección de materiales
aislantes, tales como papel, plástico, madera, etc. Esto se debe a que la cabeza detectora es
capacitiva, formada por unos electrodos. Cuando un material aislante que posee un nivel de
permitividad superior a la unidad se sitúa en el campo eléctrico, modifica el valor de la
capacidad asociada y se provoca el cambio de estado de la salida del sensor.
Sensores Fotoeléctricos. Son sensores que entregan una señal que depende de la
luminosidad u opacidad a que son sometidos. Esta luminosidad incluye distintas longitudes
de onda del espectro electromagnético. El principio de funcionamiento esta basado en la
generación de un haz luminoso por parte de un fotoemisor, que se proyecta ya sea sobre un
fotoreceptor, o bien sobre un dispositivo reflectante. La interrupción o reflexión del haz de
luz por parte del objeto a detectar, provoca el cambio de estado de la salida del sensor.
Se clasifican según su sistema de detección en:
• Sistema de detección de “barrera”.
• Sistema de detección “reflex”.
• Sistema de detección “autoréflex o reflexión difusa”.
48

49. Figura 18. Sensores Fotoeléctricos Diell.
Finales de Carrera o Swith Limit: Es un sensor de tipo mecánico que requiere de un
contacto físico y una pequeña fuerza de acción para cerrar sus contactos, Existen de diversos
tipos y aplicaciones entre ellas son usados como interruptores de seguridad y detectores de
posición.
Figura 19. Final de carrera.
2.3.6 Dispositivos de actuación. Tanto en el control de procesos como en la fabricación de
partes discretas se requiere la realización de movimientos de tipo mecánico para poder llevar
a cabo su función de control. Los dispositivos de actuación, o actuadores, son quienes
realizan esta conversión de señales eléctricas de entrada a acciones de tipo mecánico. En
control de procesos por ejemplo, puede tratarse de la apertura o cierre de una válvula de
control de gas o de un producto químico, que constituye la entrada de un proceso.
Los dispositivos de actuación pueden tener salidas de tipo discreto o continuo. Los
dispositivos de movimiento continuo suelen estar propulsados por motores eléctricos,
mientras que los de movimiento discreto deben hacer uso de motores especiales como por
ejemplo motores paso a paso.
49

50. Motores Eléctricos. Son actuadores que convierten la energía eléctrica en movimiento
mecánico circular. Existen tres tipos básicos de motores: motores AC, DC y paso a paso. A
nivel industrial se utilizan generalmente los motores asíncronos trifásicos de inducción por
su versatilidad, duración y poco mantenimiento.
Figura 20. Motor Eléctrico.
Por lo general en este tipo de motores, la corriente que se utiliza es elevada por lo cual se
debe instalar con un contactor, el cual es un elemento de control que sirve de interfase entre
la señal de la baja potencia y la de alta potencia. La conexión de estos tipos de motores es
básicamente de dos tipos: La conexión directa o en estrella y la conexión estrella-triangulo.
Cada forma de conexión presenta las siguientes características:
Conexión directa o en estrella.
•
•
•
Corriente de arranque aproximadamente 7 veces la corriente nominal.
Utilizado por lo general en motores de baja y media potencia.
Alto par de arranque.
Conexión indirecta o estrella-triangulo.
•
•
•
•
Corriente de arranque es menor que la de la conexión directa.
Utilizado para motores de mayor tamaño.
Indicado cuando se requiera un par arranque bajo.(arranque suave)
Esta conexión hace que la red sea menos inestable.
Además de hablar de los tipos de conexión es necesario conocer las características de los
motores asíncronos trifásicos según la clasificación NEMA. Dicha clasificación se realiza de
acuerdo a las características de torque y tipo de aplicación, las cuales se resumen en la tabla
mostrada a continuación.
50

51. Tabla 1. Características de los motores de acuerdo con la clasificación NEMA.
CLASE
NEMA
PAR DE
CORRIENTE REGULACIÓN
ARRANQUE
DE
DE
n VECES PAR ARRANQUE VELOCIDAD
NOMINAL
%
A
B
C
D
1.5-1.75
1.4-1.6
2-2.5
2.5-3.0
5.7
4.5-5
3.5-5
3-8
2-4
3-5
4-5
5-8,8-13
F
1.25
2-4
Mayor de 5
NOMBRE DE CLASE
DEL MOTOR
Normal
De propósito general
De doble Jaula alto par
De alto par alta
resistencias
De doble jaula, bajo par y
baja corriente de arranque
Contactores. Podemos definir un contactor como un elemento mecánico de conexión y
desconexión eléctrica, accionado por cualquier forma de energía (siendo la más común la
energía magnética) menos manual, capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en
condiciones normales del circuito, incluso las de sobrecarga. Existen básicamente dos tipos:
Los contactores de fuerza y los contactores de control también denominados contactores
auxiliares, que por lo general envían al controlador señales de consigna o sirven como
retroalimentación para efectuar la retención del contactor de potencia.
Un contactor accionado por energía magnética, consta de un núcleo magnético y de una
bobina capaz de generar un campo magnético suficientemente grande como para vencer la
fuerza de los muelles antagonistas que mantienen separada del núcleo una pieza, también
magnética, solidaria al dispositivo encargado de accionar los contactos eléctricos.
Figura 21. Partes de un contactor.
51

52. Las partes principales de un contactor son:
Parte 1. Contactos móviles.
Parte 2. Contactos fijos.
Parte 3. Hierro móvil.
Parte 4. Muelle antagonista.
Parte 5. Espira de sombra.(Para corriente alterna)
Parte 6. Hierro fijo
Parte 7. Alimentación bobina.
Motores paso a paso. El principio de funcionamiento de los motores de paso a paso es muy
sencillo. Se basa en las fuerzas de atracción y repulsión ejercidas entre polos magnéticos.
Teniendo en cuenta que los polos magnéticos del mismo signo se repelen, si los bobinados
del estator 1, se alimentan de tal manera que éste se comporta como un polo norte y el
estator 2 como un polo sur, el rotor imantado (imán permanente) si es giratorio, se mueve
hasta alcanzar la posición de equilibrio magnético.
Figura 22. Esquema de funcionamiento de un motor paso a paso.
Si cambiamos por algún método, al alcanzar el rotor la posición de equilibrio que el estator
cambie la orientación de sus polos, aquél tratará de buscar la nueva posición de equilibrio;
manteniendo dicha situación de manera continuada, se conseguirá un movimiento giratorio y
continuo del rotor. El rotor girará 180º cada vez que cambian las condiciones.
Actuador neumático. Un cilindro o pistón neumático es un actuador que permite obtener
un movimiento lineal aplicando una presión a uno u otro lado del émbolo. Estos actuadores
funcionan con aire comprimido, por lo tanto la señal eléctrica es llevada primero a una
interfase denominada electroválvula que se encarga de convertir la corriente eléctrica en una
corriente de aire a presión la cual se suministra a dicho actuador. A continuación se muestra
la figura de un actuador de este tipo.
52

53. Figura 23. Actuador neumático.
2.3.7 Inversores PWM1 Los convertidores de cd/ca se conocen como inversores. La
función del inversor es cambiar un voltaje de entrada en cd a un voltaje de salida simétrico
en ca, con la magnitud y frecuencias deseadas. Tanto el voltaje de salida como la frecuencia
pueden ser fijos o variables. Si se modifica el voltaje de entrada de cd y la ganancia del
inversor se mantiene constante, es posible obtener un voltaje variable a la salida. Por otra
parte si el voltaje de entrada en cd es fijo y no es controlable, se puede obtener un voltaje de
salida variable si se varía la ganancia del inversor; esto por lo general se hace controlando la
modulación de ancho de pulso (PWM) dentro del inversor.
La ganancia del inversor se puede definir como la relación entre el voltaje de salida en ca y
el voltaje de entrada en cd. En los inversores ideales, las formas de onda del voltaje de salida
deberían ser senoidales sin embargo, en los inversores reales no son senoidales y contienen
ciertas armónicas.
Figura 24. Salida de un inversor real PWM.
1
RASHID, Muhamad. Electrónica de Potencia. Ed. s.1: Prentice Hall, 2003. p 356,359
53

54. Para aplicaciones de mediana potencia y baja potencia, se pueden aceptar los voltajes de
onda cuadrada como el de la figura 24; para aplicaciones de alta potencia, son necesarias
las formas de onda senoidales de baja distorsión. Dada la disponibilidad de los dispositivos
semiconductores de potencia de alta velocidad, es posible minimizar o reducir el contenido
de armónicos del voltaje de salida mediante técnicas de conmutación.
El uso de los inversores es muy común en aplicaciones en aplicaciones industriales tales
(Como la propulsión de motores de ca de velocidad variable, la calefacción por inducción,
las fuentes de respaldo y las de poder, Alimentaciones ininterrumpidas de potencia UPS).
Las salidas de los inversores reales contienen armónicas. La calidad de un inversor por lo
general se evalúa en términos de los siguientes parámetros de rendimiento.
Factor armónico de la enésima componente, HFn2 El factor armónico (correspondiente
a la enésima armónica), es una medida de la contribución armónica individual y se define
como:
HFn =
Vn
V1
Donde V1 es el valor RMS de la componente fundamental y Vn es el valor RMS de la
tercera componente armónica.
Distorsión total armónica THD. La distorsión armónica total, es una medida de la
similitud entre la forma de onda y su componente fundamental, se define como:
1
⎞2
1 ⎛ ∞
⎜ ∑Vn 2 ⎟
THD =
V 1 ⎜ n = 2,3... ⎟
⎝
⎠
Factor de distorsión DF. El valor THD proporciona el contenido armónico total, pero no
indica el nivel de cada uno de sus componentes. Si en la salida de los inversores se utiliza
un filtro, las armónicas de orden mas alto se atenuaran con mayor eficacia. Por lo tanto,
resulta importante conocer tanto la frecuencia como la magnitud de cada componente. El
factor de distorsión indica la cantidad de distorsión armónica total que queda en una forma
de onda particular después de que las armónicas de esa forma de onda hayan sido sujetas a
alguna atenuación de segundo orden (es decir divididas por n 2 ). Por lo tanto, el valor DF es
una medida de eficacia en la reducción de las componentes armónicas no deseadas, sin
necesidad de especificar valores de un filtro de carga de segundo orden y se define como
2
RASHID, Muhamad. Electrónica de Potencia. Ed. s.1: Prentice Hall, 2003. p 359
54

55. 1
2
1 ⎡ ∞ ⎛ Vn ⎞ ⎤ 2
DF =
⎢ ∑ ⎜ ⎟ ⎥
V 1 ⎢ n = 2,3,.. ⎝ n 2 ⎠ ⎥
⎣
⎦
El factor de distorsión de una componente armónica individual (o de orden n) se define
como
DFn =
Vn
V1 ⋅ n2
Armónica de menor orden LOH. La armónica de menor orden es aquella componente
cuya frecuencia es más cercana a la fundamental y cuya amplitud es mayor o igual al 3% de
la componente fundamental.
2.3.8 Variadores electrónicos de velocidad. El motor de corriente alterna, a pesar de ser
un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la mayoría de las
aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rígido en cuanto a su
velocidad. La velocidad del motor asincrónico depende de la forma constructiva del motor
y de la frecuencia de alimentación. Como la frecuencia de alimentación que entregan las
compañías de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrónicos es
constante, salvo que se varíe el número de polos, el deslizamiento o la frecuencia.
El método más eficiente de controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de
un variador electrónico de velocidad, no se requieren motores especiales, son mucho más
eficientes y tienen precios cada vez más competitivos. Un Variador electrónico de
velocidad es un dispositivo electrónico que utiliza un algoritmo de control para modificar
la velocidad de un motor asíncrono, teniendo como lineamiento el mantener al máximo el
torque de salida constante aun a bajas velocidades.
El algoritmo de control comúnmente utilizado es denominado control Voltios/Hertz. Este
modo de control varia simultáneamente a los terminales de salida su frecuencia y su voltaje
tendiendo a conservar constante esta relación para así lograr mantener constante el torque
del motor. Estos dispositivos se utilizan tanto en motores monofásicos como trifásicos,
donde se requiere un control sobre la velocidad de los mismos. Un Variador electrónico de
velocidad esta compuesto básicamente por los siguientes elementos:
Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores de
diodos, tiristores, etc.
55

56. Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la emisión de
armónicos.
Inversor o "Inverter". Convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia
variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean IGBT´s (Isolated Gate
Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados de tensión. Los equipos más
modernos utilizan IGBT´s inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las
protecciones por sobrecorriente, sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa
del motor, sobretemperaturas, etc.
Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de
tensión y frecuencia, además controla los parámetros externos en general, etc. Las señales
de control para arranque, parada y variación de velocidad (potenciómetro o señales
externas de referencia) están aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o
controles y evitar ruidos en la etapa de control. Por lo general la frecuencia portadora de
los IGBT se encuentra entre 2 a 16kHz.
Aplicaciones de los Variadores electrónicos de velocidad. Los variadores electrónicos
de velocidad tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de máquinas:
Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo
de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de
botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se
transporta, etc.
Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión
constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el
consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el
consumo es la octava parte de la nominal.
Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión,
controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para
transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, etc.
Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo el torque del motor
constante y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
56

57. Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades
bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un
tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas
especiales.
Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima torque y menor consumo
de energía en el arranque.
Otras aplicaciones. Elevadores de cangilones, transportadores helicoidales, continuas de
papel, máquinas herramientas, máquinas para soldadura, pantógrafos, máquinas para
vidrios, fulones de curtiembres, secaderos de tabaco, clasificadoras de frutas,
conformadoras de cables, trefiladoras de caños, laminadoras, mezcladoras, trefiladoras de
perfiles de aluminio, cable, etc. Trituradoras de minerales, trapiches de caña de azúcar,
balanceadoras, molinos harineros, hornos giratorios de cemento, hornos de industrias
alimenticias, agitadores, dosificadores, dispersores, reactores, pailas, etc.
Figura 25. Variadores electrónicos de velocidad Sysdrive 3G3EV.
2.3.9 Conceptos de Mantenimiento 1
Definición de Mantenimiento. Es un conjunto de procedimientos técnicos cuya función es
conseguir el más alto grado posible de disponibilidad de los medios tecnológicos de
1
FIGUEROA PIÑA, Renzo Fabricio y JÁUREGUI PABÓN, Walter Orlando. Elaboración del programa de
mantenimiento preventivo para la maquinaria y equipos utilizados en la fabricación de partes y accesorios del
sector automotor en la Empresa Industrial Ureña: s.n.,. 2002. p. 82-90.
57

58. producción, procurando mantener y mejorar las condiciones precisas para su más alto
rendimiento, y todos ellos, con el menor costo posible y seguridad.
Mantenimiento = disponibilidad + rendimiento + control costos + seguridad
El mantenimiento por principio se opone a la degradación de los equipos productivos que
se manifiesta por el desgaste, las fallas, los errores, etc. Por otra parte, el mantenimiento
está influenciado por el tipo de trabajo de los equipos.
Tipos de mantenimiento. Los tipos de mantenimiento que existen son los siguientes:
correctivos, preventivo, sistemático y predictivo.
Mantenimiento Correctivo. El mantenimiento correctivo es un trabajo de emergencia
necesario para corregir fallas imprevistas y averías urgentes. El mantenimiento correctivo
implica la total sustitución de las partes o componentes dañados o deteriorados.
Mantenimiento Preventivo. Se puede decir que el mantenimiento preventivo tiene como
objetivo principal evitar fallas imprevistas, conduciendo a la disminución de los costos de
operación, aumento de la eficiencia del equipo y el mejoramiento de la calidad en el
servicio. Dos actividades básicas permiten su definición. La inspección periódica del
equipo para descubrir las condiciones que conducen a fallas imprevistas y la conservación
de la planta para anular dichos aspectos, adaptarlos o repararlos cuando se encuentran aún
en una etapa iniciante. Las ventajas del mantenimiento preventivo son:
•
Disminuye el tiempo ocioso y las fallas imprevistas.
•
Disminuye los pagos por tiempo extra de los trabajadores de mantenimiento en ajustes
ordinarios y en reparaciones. Así mismo disminuye el número de reparaciones
repetitivas.
•
Disminuye los costos de reparaciones de los desperfectos sencillos realizados antes de
las fallas imprevistas.
•
Mejoramiento de la eficiencia debido a la correcta adaptación del equipo.
58

59. •
Aplazamiento o eliminación de los desembolsos por reemplazos prematuros de equipo
debido a la mejor conservación.
•
Reducción de los costos de mantenimiento.
•
Mayor seguridad para los trabajadores.
•
Se puede aplicar a todo tipo de operaciones sean grandes o pequeñas. Nadie queda
exento de sus beneficios
Programación y desarrollo del mantenimiento preventivo. Para que un programa de
mantenimiento preventivo funciones se requieren varios años, sin embargo, en algunos
meses se podrá ver algún progreso. Cada uno de los integrantes de la planta debe estar
convencido de la conveniencia del programa. Factores que influyen al implantar un sistema
de mantenimiento preventivo son:
•
•
•
•
•
•
Sistema de información.
La infraestructura.
Tipo de operaciones.
Cualidades e instrucción del jefe de mantenimiento.
Ayuda administrativa adecuada.
Condición actual de las instalaciones y equipos.
Antes de aplicar el mantenimiento preventivo se debe poner las instalaciones en buenas
condiciones de funcionamiento.
Se debe hacer un registro, arreglar formas, programar inspecciones, un cuerpo de
inspectores.
Inicialmente el mantenimiento preventivo se debe considerar como una función de
minimizar las fallas imprevistas o la depreciación excesiva de los equipos.
Respecto de las frecuencias de las inspecciones está se considera teniendo en cuenta los
puntos de vista como:
59

60. •
Edad, condición y valor del equipo: el equipo más viejo y en mal estado necesita más
frecuencia.
•
Severidad del servicio. Hay elementos que necesitan más inspección para garantizar la
seguridad.
•
Otros aspectos para tener en cuenta son las horas de operación, la susceptibilidad de
deterioro y siniestro.
Una vez puesta en marchas las inspecciones, se debe hacer análisis para ver si se requieren
modificaciones de frecuencias y de puntos a inspeccionar.
Mantenimiento Sistemático. Se basa en establecer períodos de sustitución de elementos o
piezas del equipo sujetas al desgaste o deterioro.
Los períodos deben ser unidades producidas, kilómetros, semanas, meses, etc. Que
generalmente respondan a recomendaciones del fabricante.
Mantenimiento Predictivo. El mantenimiento predictivo consiste en proveerse de una
herramienta que mediante el análisis de ingeniería de las variables medidas periódicamente,
nos permita dar diagnósticos acertados sobre el funcionamiento de los equipos. Para ello,
se usan instrumentos de diagnóstico de alto nivel, aparatos y pruebas no destructivas, como
análisis de vibraciones, análisis de temperatura, termograficos, etc.
Consiste en el conocimiento y control de las condiciones, tanto de operación como físicas,
en que trabaja la maquinaria mediante chequeos periódicos en operación, lo que permite
detectar y diagnosticar daños en su primera etapa de formación que previenen fallos
imprevistos, además suministra la información necesaria para programarlos, manteniendo al
equipo dentro de una situación de “riesgo calculado”.
El control de las condiciones de los equipos se realiza mediante la comparación de gráficas
contra límites de ingeniería conocidos con el propósito de detectar, analizar y corregir
problemas de equipos antes de ocurra la falla.
Los principales objetivos de aplicar el mantenimiento predictivo son:
60

61. •
Reducir costos de mantenimiento.
•
Evitar fallos imprevistos por daños al detectar su inminencia.
•
Reducir las reparaciones innecesarias por desconocimiento del estado del equipo.
•
Acortar el tiempo de los desmontajes y reparaciones necesarias o indispensables.
•
Mantener un control y monitoreo del funcionamiento del equipo para alcanzar
condiciones óptimas de operación.
2.4 MARCO LEGAL
Las normas, decretos, leyes o acuerdos que enmarcan el desarrollo del proyecto son los
siguientes:
•
ACUERDO # 065 ESTATUTO ESTUDIANTIL DE LA UNIVERSIDAD
FRANCISCO DE PAULA SANTANDER. Artículos 139 y 140 que define las
diferentes modalidades de trabajo de grado entre la cual está el proyecto de extensión de
la forma de pasantía.
•
CONVENIO PARA LA REALIZACIÓN DE UNA PASANTIA ENTRE LA
EMPRESA CERAMICA ITALIA S.A., LA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE
PAULA SANTANDER Y OSCAR SANCHEZ MORA El documento fue firmado el 11
de febrero de 2.004 con una vigencia de 6 meses. Después se solicitó una prórroga para
la completa ejecución del proyecto.
61

62. 3. METODOLOGÍA
La metodología define la secuencia de actividades para el desarrollo de la pasantia, se
compone de una serie de actividades con identidad propia las cuales forman
estructuralmente el proyecto. A continuación se describe el desarrollo de las actividades
enmarcadas en la ejecución de la metodología.
3.1 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
La recolección de información es el punto de partida para la realización del proyecto, de
acuerdo al cronograma de actividades trazado para la ejecución del mismo se recolectó
información inicial por un periodo de 4 semanas. El proceso de recolección de información
inicial se desarrollo en las instalaciones de la división de mantenimiento de la empresa
Cerámica Italia S.A.
A medida que se desarrollo el proyecto también se recolectó información en la biblioteca de
la universidad para la consolidación de la base teórica del proyecto.
3.1.1 Recolección de información en la empresa. Se recolectó básicamente información a
nivel de la biblioteca de la división de mantenimiento, la planta e Internet:
A nivel de la biblioteca de la división de mantenimiento.
Se consultó el material bibliográfico sobre:
•
•
•
•
•
•
Manual uso y mantenimiento PRENSAS MAGNUM ES.
Manual uso y mantenimiento PRENSAS SACMI
Manual de uso y mantenimiento Secadero Horizontal RD y VDL 09.
Manual de uso y mantenimiento maquina de cargue BT956
TSC Manual, uso y mantenimiento Decoradora y Compensador TSC.
TSC Manual, uso y mantenimiento Decoradora y Compensador Foro.
Así como la consulta del manual de los controladores de las PRENSAS MAGNUM ES.
Es importante resaltar que algunos de estos catálogos están en idioma ingles e italiano
respectivamente.
62

63. En cuanto a la base de datos de equipos eléctricos y motores de las maquinas, parte de la
recolección de información se desarrollo en la planta con el fin de determinar las
características de los mismos para la consecución de los formato mostrados en el anexo A y
B. Al respecto de las maquinas secaderos se recolectó una completa información para
realizar las tablas de control de motores al final de cada manual.
Además del material bibliográfico de las maquinas, fue necesario estudiar el manejo del
calibrador de campo, osciloscopio digital y pirómetro óptico equipos utilizados dentro de
los procedimientos para el desarrollo de las actividades de mantenimiento preventivo y
predictivo.
A nivel de Internet.
En la red se buscó información sobre los tablas de datos de los termopares tipo j
comúnmente utilizados en los procesos de regulación de temperatura de las maquinas
denominadas prensas y secaderos. Como resultado de esta búsqueda se consolido una base
de datos sobre la equivalencia de temperatura cada 5ºC versus voltaje generado. Dicha base
de datos se usara como referencia para el desarrollo de las actividades de control y
verificación de los sistemas de control de temperatura. La base de datos tomada como
referencia esta dada por el ITC90. (Comité internacional de temperatura)
En cuanto los equipos electrónicos de control específicos, la información que se encontró
realmente fue de tipo comercial y no fue de mucha ayuda para el desarrollo del proyecto.
A nivel de fundamentos teóricos se encontró una sólida información sobre diversos temas
involucrados en los sistemas de control industrial. Entre estos temas y conceptos tenemos
los siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
•
Control por ordenador.
Controlador Lógico Programable.
Transductores y Sensores.
Motores Asíncronos trifásicos.
Motores paso a paso.
Actuadores Neumáticos.
Inversores
Variadores electrónicos de velocidad
63

64. 3.1.2 Recolección de información en la Universidad. Se buscó información básicamente
de dos tipos. La información de tipo metodológico, como lo son las normas ICONTEC, y la
información para reforzar la base teórica del desarrollo del proyecto. De esta última
tenemos los conceptos sobre:
•
•
•
•
Sistemas de control.
Modos de control en los sistemas de lazo cerrado.
Inversores PWM
Conceptos de mantenimiento.
3.2 DETERMINACIÓN DEL ESTADO ACTUAL DE LOS EQUIPOS ASOCIADOS
A LAS MAQUINAS.
La determinación del estado actual de los equipos se desarrolló básicamente en dos partes.
•
La realización del inventario de los dispositivos eléctricos y electrónicos asociados a las
maquinas.
•
La realización del estudio del software las Prensas MÁGNUM ES.
3.2.1 Inventario de los equipos eléctricos y electrónicos de las maquinas. El inventario
de los objetos de mantenimiento constituye el punto de partida del sistema de información
en el mantenimiento, por que aquí se listan los componentes, maquinas equipos u otros.
La finalidad de esta actividad es determinar que equipos eléctricos, electrónicos y de
control existen actualmente en la Sección Prensa y Línea de esmaltado teniendo en cuenta
su constitución y su función dentro de las maquinas.
Para la realización del inventario se crearon unos formatos que se utilizaran como
información técnica de tipo eléctrica y electrónica de las maquinas que cubren los procesos
de conformación secado y decorado de las piezas cerámicas. Estos formatos se tomaran
como parte de la hoja de vida de la maquinas en cuanto la estructura eléctrica y electrónica
de las mismas. A nivel de estos formatos se crearon dos tipos, un formato que contiene las
características de cada modulo para los equipos modulares y otro formato para las
características de los dispositivos ubicados en cada cuadro eléctrico. Ambos formatos
incluyen datos técnicos, así como las características de marca, voltaje, frecuencia y
64

65. potencia. Dichos formatos se diseñaron y se muestran en los anexos A y B para las
maquinas que forman el proyecto.
La Sección Prensa y Línea de esmaltado de la empresa Cerámica Italia S.A. cuenta con las
maquinas descritas en el cuadro 2. En este cuadro se cuantifican dichas maquinas, se
identifican según la sección correspondiente y la línea de producción a la cual pertenecen.
Cuadro 2. Máquinas de la sección Prensa y línea de esmaltado.
Cantidad
18
11
3
3
4
2
2
1
2
1
1
1
5
Maquina
Línea de
Sección Sección
producción Líneas Prensa
Compensador TSC
1-2-3-4-5
X
M Serigrafica TSC
1-2-4-5
X
Compensador FORO
3
X
M Serigrafica FORO
3
X
Barbieri y Tarozzi 956/5 1-2-3-4-5
X
Prensa Sacmi 650
1-2
X
Prensas Mágnum ES
1-3
X
Prensa Sacmi 1400
4
X
Secadero Vertical
1-2
X
EVA111
Secadero Vertical
3
X
VDL09
Secadero horizontal
4
X
ECR 235
Secadero horizontal
5
X
RD
Línea transporte a
1-2-3-4-5
X
Secaderos
Codificación de los objetos de mantenimiento.
La codificación de los objetos de mantenimiento es la asignación de combinaciones
alfabéticas o numéricas a cada objeto de mantenimiento, para una ubicación rápida,
secuencial y lógica dentro del sistema de producción.
Para la realización de la codificación de los equipos en la empresa se tienen en cuenta
factores como ubicación, cantidad y tipo de equipos.
65

66. De acuerdo al inventario y ubicación de las maquinas de la Sección Prensa y Línea de
Esmaltado descritos en el cuadro 2, la codificación de equipos de estas maquinas se realiza
utilizando la siguiente nomenclatura.
A
-
B
C
-
D
E
-
F
EL PRIMER DIGITO (A): Corresponde al código asignado a la Sección de la empresa. En
este caso se tiene para sección prensa el Código 3 y para la Sección Líneas el código 4.
EL SEGUNDO Y TERCER DIGITO (B, C): corresponde a los dígitos que identifican el
tipo de equipo, generando 99 campos para diferentes equipos por sección.
LOS DÍGITOS CUARTO Y QUINTO (D, E): Identifican la numeración de equipos
asignada según la correspondencia de la línea de producción.
EL DÍGITO FINAL (F): Identifica la numeración de equipos de un mismo tipo a lo largo
de una línea de producción.
Listado de la codificación en la sección Prensa y línea de esmaltado. A continuación se
da la lista general de los equipos que conforman la sección operativa de la empresa, en la
cual fue realizado este proyecto.
Los equipos de la Sección Prensa están codificados así:
Prensas:
3010X0
Donde X representa el número 1,2, 3, 4,5.
Líneas de transporte a secaderos:
3020X0
Donde X representa el número 1, 2, 3, 4,5.
Secaderos.
3030X0
Donde X representa el número 1, 2, 3, 4,5.
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67. Los equipos de la Sección Línea de Esmaltado así:
M. Serigrafícas.
Decoradoras línea numero 1.
40104X
Donde X representa el numero de maquina 1,2.
Decoradoras línea numero 2.
40204X
Donde X representa el numero de maquina 1,2.
Decoradoras línea numero 3.
40304X
Donde X representa el número 1, 2, 3,4.
Decoradoras línea numero 4.
40404X
Donde X representa el número 1, 2, 3.
Decoradoras línea numero 5.
40504X
Donde X representa el número 1, 2, 3,4.
Compensadores.
Compensadores línea numero 1.
40103X
Donde X representa el número 1, 2, 3.
Compensadores línea numero 2.
40203X
Donde X representa el número 1, 2, 3.
Compensadores línea numero 3.
40303X
Donde X representa el número 1, 2, 3,4, 5,6.
Compensadores línea numero 4.
40403X
Donde X representa el número 1, 2, 3,4, 5.
Compensadores línea numero 5.
40503X
Donde X representa el número 1, 2, 3,4, 5,6.
Maquinas de cargue de carros BOX B&T.
Donde X representa el número 1, 2, 3,4, 5.
40X070
A nivel general la representación de los números 1,2, n representa el numero de maquinas
del mismo tipo en la línea de esmaltado.
De acuerdo a esta misma codificación de los equipos se recomienda codificar los formatos
creados en el anexo A y B con la adición de un código alfabético E que indicara la
correspondencia del equipo eléctrico asociado a cada maquina. Así por ejemplo para un
compensador TSC la hoja técnica será E40X 1 03X 2 según corresponda X 1 la línea de
producción y X 2 el numero de maquina correspondiente.
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68. 3.3.2 Realización del estudio del software de las Prensas. Para lograr este objetivo fue
necesario estudiar un software auxiliar y el propio software que controla el manejo de la
maquina. Al realizar dicho estudio se desarrollaron los procesos o instrucciones operativas
para la configuración, carga y utilización de la función TEST del software. Esta ultima
como herramienta para efectuar regulaciones o comprobaciones del estado de las entradas
digitales del autómata.
El software del PC industrial de la prensa mágnum es un programa desarrollado por el
fabricante de la maquina el cual permite el intercambio de información o la interfase
hombre-maquina en el desarrollo y ejecución de sus funciones. Al encendido de los
servicios auxiliares se realiza la carga automática del programa siempre y cuando este
correctamente configurado el sistema operativo del PC industrial.
Después de configurado y cargado el programa sobre el PC industrial, se enciende para
iniciar el boot del PC el cual lanza el programa automáticamente al monitor y realiza un
auto-test de las condiciones iniciales de la maquina. Dichas condiciones están determinadas
en general por el grupo de sensores y transductores de la maquina asociados a los módulos
constitutivos de la misma.
El PC esta formado por un sistema operativo residente con sus utilidades. En este caso el
MSDOS y un programa como se mencionó anteriormente que permite el control de la
maquina, la programación de los parámetros de la misma y la función TEST para el
monitoreo de las Entradas-Salidas digitales, el monitoreo y programación de los parámetros
de las entradas analógicas (temperaturas) y un gran numero de funciones de ayuda, recetas,
alarmas parámetros y utilidades.
Configuración y carga del PC industrial
Para cumplir este objetivo fue necesario realizar una nueva actividad operativa ejecutada
durante el proceso de la pasantia. Esta actividad se desarrollo producto de este estudio que
se realizó y a los conocimientos propios sobre el manejo de estos equipos adquiridos en la
universidad. Dicha actividad se realizó de acuerdo a una serie de pasos secuénciales de
operación, que se consideran como un instructivo operativo de mantenimiento para la
empresa debido a que no existía en forma clara este procedimiento. Para realizar la
configuración y carga del programa al PC industrial se debe realizar un proceso de edición
de las utilidades del sistema operativo MSDOS siguiendo los siguientes pasos secuénciales:
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69. Configuración
Paso 1. Inicie el PC industrial en el modo MS-DOS, esto se realiza automáticamente al
encendido de los servicios auxiliares de la maquina sin haberse hecho la configuración.
Paso 2. Utilizando el teclado del PC industrial escriba sobre el comando editor del
MSDOS.
A continuación pulse la tecla ENTER.
Paso 3. Sobre la cuarta línea de secuencias del autoexec.bat ingrese
C:siti a l d t s c r
Que define la ruta de ubicación y configuración del programa que reside dentro de la
unidad C. (Memoria del PC industrial) para realizar la ejecución automática del programa
al boot del PC industrial. La configuración de los parámetros o programas del PC industrial,
se puede modificar de acuerdo a los requerimientos del usuario, por ejemplo la carga del
subprograma “t”, puede considerarse opcional sino se requiere realizar el TEST de los CoProcesadores (ejes), El subprograma “s” puede considerarse opcional, si se requiere o no la
habilitación de una opción de salva pantalla.
Figura 26. Edición del autoexec.bat
Paso 4. Realizado el paso (3) proceda desde el menú Archivo a guardar los cambios y salir
de nuevo al modo MSDOS. Realizada la configuración del PC industrial editando el
autoexec.bat usted debe realizar los pasos mencionados a continuación para la carga del
programa que controla la maquina.
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