CALENTAMIENTO DE MOLDE

Capítulo 1: Marco de referencia

1.1 Introducción

Con la finalidad de continuar con las propuestas de desarrollo de ingeniería en máquinas de rotomoldeo se propone diseñar y fabricar una maquina cuyo objetivo sea fabricar productos rotomoldeados de diferentes pesos y dimensiones no más grandes que las descritas en el objetivo general del proyecto. Dicha máquina tendrá movimiento biaxial, sistema de fácil sujeción del molde, sistema controlado de calentamiento por resistencias eléctricas y un sistema de enfriamiento, será automática, de fácil montaje y desmontaje, adicionalmente utilizará: sistema de dosificación de polietileno, sistema de movilización de moldes, sistema de supervisión, control y adquisición de datos.

La finalidad de este proyecto es construir una máquina de rotomoldeo basada en calentamiento eléctrico por resistencias y que de forma general podría tener los módulos y dimensiones ilustrados en la Figura 1.

Esta máquina deberá tener un bastidor para soportar moldes con medidas máximas entre 0.7 y un metro de su longitud mayor. El molde deberá poder ser conectado y desconectado de forma rápida a la máquina para ser sustituido por el molde de la pieza a producir.

La potencia eléctrica y neumática será transferida desde la estructura principal a hacia el molde a través del uso de anillos de deslizamiento (slip rings) mientras que las señales eléctricas serán transmitidas por telemetría e incorporadas a la red de entradas salidas del controlador del sistema.

La obtención de la energía para alimentar las resistencias eléctricas se utilizarán módulos de celdas fotovoltaicas donde estos módulos aprovechan la energía solar para transformarlas en energía eléctrica y así cuidando el medio ambiente.

Analizar antes un sistema mediante el método de elemento finito ha facilitado muchos procesos en la industria, se han reducido los costos en pruebas y esto ha dado más oportunidad a muchos personas para realizar dicho análisis. El método de análisis por elemento finito usando Comsol Multiphysics para la simulación del enfriamiento de un molde usando ventiladores con cierta velocidad de salida del aire y cierta temperatura podemos ver tanto el perfil de temperatura como la velocidad del fluido y sus direcciones.

Tanto el calentamiento como el enfriamiento del proceso del rotomoldeo son muy importantes porque estos factores definen el tiempo de casi todo el proceso. Para el calentamiento del proceso se eligieron resistencias eléctricas de mayor eficacia que existe en el mercado y colocadas en lugares muy específicos del molde a calentar y para el enfriamiento se utilizarán ventiladores de muy alta eficiencia que existe en el mercado y se colocaron en lugares muy específicos.

Se desea que el sistema sea compacto y pueda ser manipulado de tal forma que para su puesta en marcha solo sea requerido anclarla al piso y conectarla al sistema eléctrico (toma 220V, 3F, 3H). Por este motivo la máquina deberá tener embebidos todos los sistemas secundarios que requiera, como es el caso de la presión del aire.

1.2 Objetivo general

Diseñar y construir una máquina automática compacta de rotomoldeo ecológica de fácil montaje, que permita la fabricación de piezas de polietileno de distintas formas con tamaño menor de 0.90 m de largo, 0.90 m de ancho y 1.00 m de alto, a través de un sistema de calentamiento por resistencias aprovechando la energía solar y un sistema de enfriamiento forzado, mejorando los tiempos de los ciclos de producción y aprovechando su análisis de calentamiento y enfriamiento con el método de elemento finito usando el software Comsol Multiphysics.

1.3 Objetivos específicos

1. Hacer el diseño conceptual de la maquina así como definir los componentes sistemas y demás equipos que sean necesarios para su funcionamiento.

2. Diseñar a detalle la estructura mecánica contemplando el espacio y montaje de los anillos deslizadores para transmitir potencia eléctrica y neumática, así como la ubicación y montaje de sensores, anclajes, válvulas, tableros y demás elementos que componen el sistema.

3. Seleccionar los elementos de control necesarios y hacer pruebas de compatibilidad y funcionamiento.

4. Diseñar y construir los tableros y equipos de control.

5. Puesta en marcha del sistema automático.

1.4 Características técnicas esperadas

Largo total: 2 - 2.5 m

Ancho total: 2 - 2.5 m

Altura total en reposo: 2 – 2.2 m

Altura total en movimiento: 2.3 – 2.8 m

Peso aproximado: Aún no definido.

Tipo de máquina: Sin clasificación

Medio de calentamiento: Resistencias eléctricas

Rango de Temperatura: 180 – 200 °C

Alimentación eléctrica: 220 Vca, 3F, 3H.

Potencia eléctrica: 14 KW

Densidad de potencia eléctrica: 2.785 KW/m2.

No. Máximo de zonas de control de temperatura: 8 Zonas

Espacio para moldes:

• Largo: 0.90 m

• Ancho: 0.90 m

• Alto: 1.00 m

Equipos auxiliares:

1. Sistema de dosificado

2. Sistema de movilización de moldes

3. Sistema de supervisión, control y adquisición de datos

Características del molde:

• Material: Acero inoxidable acero ASTM A240 430/2B calibre 14.

• Volumen: 0.45 m3

• Peso: 80 Kg

1.5 Funcionamiento del sistema

La máquina a diseñar y fabricar cuenta con un sistema de calentamiento mediante resistencias eléctricas que rodean al molde. En específico se tendrá 8 zonas de calentamiento, las cuales son controladas como sistema de lazo cerrado a través de un termopar por zona. Se aplican controles PID para garantizar la uniformidad de temperatura en todo el molde.

El sistema de enfriamiento se ubica en la estructura del eje principal y se realiza mediante 4 ventiladores ubicados estratégicamente para garantizar un enfriamiento rápido.

Debido al giro biaxial es necesario transmitir la potencia eléctrica y neumática hacia el molde por medio de anillos deslizantes (slip rings) acoplándolos al eje de cada transmisión mecánica. El movimiento de ambos ejes estará controlado por variadores de frecuencia para manipular la velocidad de giro del molde.

Las señales de control de los elementos que están girando tanto en el eje principal como el secundario se transmiten vía telemetría hacia el PLC como entradas y salidas

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