7.1ACTIVIDADES Y METODOLOGIAS

7.1.1 RECOLECCION DE INFORMACION

Actividad: Se agrupó información respecto a los sistemas de control de pesado de las bolsas de café actualmente utilizados en forma empírica por las diferentes empresas pertenecientes al gremio cafetero, en las cuales se han presentado las mismas problemáticas.

Metodología: Se consultó a las diferentes empresas que han desarrollado técnicas para manejar las problemáticas que se presentan en el sector cafetero (procesadores y expendedores) para aprovechar su experiencia en el tema, y se aprovechará la información que se encuentre en internet.

EMPRESAS VISITADAS: (APARTE DE LA ZULIANITA LTDA)

Café Pan de Azúcar

Empresa del gremio cafetero, perteneciente al municipio de El Zulia, en la cual se presenta al igual que en la empresa La Zulianita Ltda, un problema con el pesado y dosificación de café de manera manual, con el uso de empleados que podrían estar trabajando en otro sector de la empresa.

Café Molinos de Viento S.A.S

Empresa del gremio cafetero, perteneciente al municipio de San Cayetano, en la cual se encuentra de manera automatizada el pesado y dosificado de café, mediante una tolva que vierte el café en bolsas, dependiendo del peso que se programe; las bolsas donde se deposita el café, son llevadas por una banda transportadora y recolectadas por un operario. Esto ocasiona rapidez y seguridad en el pesaje del producto.

7.1.2 PREDISEÑO

Actividad: Se tomó como base la información recolectada y se realizó un diseño inicial, teniendo en cuenta un sensor (galga extensiométrica) que fue acondicionado por un amplificador de instrumentación, este envía una señal de voltaje a un controlador PI que será conectado en serie con un circuito de potencia (Optoacoplador) para regular el movimiento de un servomotor quien es el encargado de abrir y cerrar con un control automático una compuerta que se encuentra en la canal que sale de la tolva y quien es la encargada de controlar el paso de café hacia la bolsa de llenado.

Metodología: Se hicieron pruebas a los diferentes dispositivos anteriormente mencionados, así como un diseño del controlador y del circuito de potencia, basándonos en un modelo matemático que nos permita ver el comportamiento del prototipo a diseñar.

Galga extensiométrica: Sensor encargado de enviar señales de voltaje correspondientes al peso, debe ser alimentada con 5 voltios DC.

FOTO 2: GALGA EXTENSIOMETRICA

Función de transferencia:

Amplificador de Instrumentación: Circuito de acondicionamiento de la señal de la galga extensiometrica que emite señal en el orden de los mili voltios (mv), el propósito de dicho acondicionador es amplificar esta señal al rango de voltios (v) con los que trabaja el motor DC.

FOTO 3: AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION

Controlador PI: Controlador Proporcional Integral; mecanismo de control por realimentación el cual es el encargado de tomar y comparar el valor medido por nuestro sensor y el valor deseado (en peso).

FIG 7: CONTROLADOR PI

Optoacoplador: Es el dispositivo electrónico usado para aislar la etapa de control a la etapa de potencia en el circuito de control que se está empleando en este proyecto.

Tolva: Dispositivo destinado al depósito y canalización del café, posee las siguientes medidas: 30 cm de altura(h), 30*30 cm2 de area de la base(Ab).V= (Ab*h)/3V= (900*30)/3= 9000 cm3

FOTO 4: TOLVA

Compuerta: Dispositivo que permite o no el paso del café al lugar de empacado, es accionada por el movimiento de un tornillo, el cual hace girar un motor en un sentido u otro para abrir y/o cerrar la compuerta que me permite el paso del café.

Canal: transporta el café a su lugar de destino (la bolsa). Su medidas son:30 cm de largo, 26 cm2 de área.

FOTO 5: ESTRUCTURA COMPLETA

7.1.3SIMULACION

Actividades: Partiendo del modelo matemático hallado se procedió a hacerse la respectiva simulación del circuito de Potencia, del controlador, y del sistema en general, con el fin de conocer su comportamiento virtual que nos dará una idea más real de su funcionamiento.

Metodología: Se modelaron el circuito de Potencia mediante el software Orcad 16.3, el controlador y el sistema en general se simularon utilizando el software MATLAB 2010, partiendo del modelo matemático.

2

1

R 11 k

21R 2

1 0 k

21R 3

1 0 k

21R 4

1 0 k

21R 5

1 0 k

21R 6

1 9 0 k

2

1

R 71 9 0 k

V 19

V 29

+3

-2

V +4

V -1 1

O U T1

U 7 A

TL 0 8 4

+5

-6

V +4

V -1 1

O U T7

U 7 B

TL 0 8 4

0

+1 0

-9

V +4

V -1 1

O U T8

U 7 CTL 0 8 4

0

V C C

V E E

V C C

V E E

V E E

V C C

V C C

V E E

V

0

0

V 51 0 m

V 61 0 m

FIG.8 ESQUEMÁTICO DEL CIRCUITO EN ORCAD 10.3

Las resistencias utilizadas son las del circuito respectivamente, en el caso de las resistencias de 190k utilizamos una resistencia fija de 180k en serie con un potenciómetro de 10k para darle ajuste al circuito, y la resistencia Rg se estipulo un potenciómetro lineal tipo A para poder acomodar el valor de ganancia deseada.

FIG.9 AMPLIFICACIÓN DEL VOLTAJE DE SALIDA DEL CIRCUITO

En la salida del amplificador se muestran 8v y la entrada es de 20mv por lo tanto aplicando la función de trasferencia salida sobre entrada obtendremos una ganancia de 400 esto nos será muy útil para poder llevar a valores estándar de la termocupla.

Para el montaje del amplificador en la baquela utilizaremos un circuito integrado TL084 debido a que su entrada es tipo fet (impedancia de entrada muy alta), además posee cuatro operacionales en uno solo esto reduce espacio en el circuito, y su ancho de banda es mayor que cualquier amplificador operacional.

FIG.10 Conexión de pines del TL084

MODELAJE DEL CIRCUITO.

FIG.11 ESQUEMA DEL CIRCUITO MONTADO EN LA BAQUELA UTILIZANDO EL PROGRAMA PCB WIZARD

Se utilizo el programa (pcb wizard) para el montaje de los elementos dentro de la baquela, esto con el fin de que el programa acomode automaticamente las piezas y realice las conecciones necesarias del circuito.

En la selecccion de los componentes se tendra encuenta el margen de error y la tolerancia en el caso de las resistencias y los potenciometros que sean de tipo A lineales .

Diseño de las pistas del circuito

FIG.12 circuito de las ´pistas en la baquela, realizado con pcb wizard

Para la implementación de la baquela se removió las partes grandes marcadas en negro.

Montaje real del circuito

FOTO 6: MONTAJE REAL DEL CIRCUITO

CARACTERIZACIÓN DE LA GALGA EXTENSIÓMETRICA

La galga extensiometrica utilizada, posee 4 terminales los cuales poseen sus respectivos colores (rojo, negro, blanco, azul). Se alimentó con voltaje dc de 5v a la entrada en los terminales de color rojo y negro, y se midió con un voltímetro su salida entre los terminales blanco y azul, siendo el azul el terminal a tierra.

Luego se le aplico peso a la galga el cual se fue variando aproximadamente cada 22gr, midiendo su salida con el voltímetro.

FOTO 7: GALGA EXTENSIOMETRICA

V0 (mv) Peso (gr)14.10 13.3114.06 24.3614.01 42.4213.98 61.6713.93 83.7613.88 110.7613.83 135.6613.77 168.7813.73 185.7313.70 202.613.67 219.6413.62 241.7613.58 257.9113.54 281.3313.50 305.93

Tabla 1. Datos caracterización Galga Extensiometrica

FIG.13 GRAFICA PESO VS V0

CARACTERÍSTICAS DEL SERVO MOTOR

Un servo motor de 12 voltios, y 34 rpm.

FOTO 8 SERVO MOTOR

CARACTERIZACIÓN DEL MOTOR

voltaje0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5

10.010.511.011.512.0

tabla 2. Datos caracterizacion servo motor

FIG.14. GRAFICA RPM VS V

7.1.4 DISEÑO DEFINITIVO

Actividades: Realizadas las simulaciones, se eligieron que elementos debíamos usar, así como que circuitos empleamos.

Metodología: Con las simulaciones realizadas, ya se eligió la galga extensiométrica se utilizará, así como que circuito acondicionador (amplificador de instrumentación), circuito de potencia (opto acoplador), estrategia de control (controlador PI), servomotor, y diseño de la tolva y compuerta a emplear.(Las imágenes de estos elementos están descritas en el ítem anterior).

7.1.5 MONTAJE

Actividades: Una vez obtenido el diseño definitivo se procedió a ensamblar cada uno de los componentes mencionados en el ítem anterior, teniendo en cuenta el pre diseño como una guía de ensamble.

Metodología: En el laboratorio (UFPS), en el taller de soldadura de Luis Jaimes (Los Patios) se hizo dicho ensamble de piezas teniendo en cuenta el pre diseño afrontado, con la guía del Ing Phd. Francisco Moreno y del Ing.

Armando Becerra, quienes son los Asesores del proyecto en mención.

FOTO 9: PROCESO DE LA CONSTRUCCION

7.1.6 MEDICIONES

Actividades: Una vez ensamblado el prototipo, se procede a realizar las respectivas mediciones (ajustes de Flujo cafetero, Sintonización del PI, Caracterización del sistema completo), con el fin de conocer detalladamente el sistema general parte por parte, y ver que sus circuitos se comporten de una manera correcta y eficiente.

Metodología: En el laboratorio y con los respectivos elementos de medición del mismo, revisaremos cada circuito del sistema, y verificaremos que las corrientes y voltajes de los elementos, así como el funcionamiento en general concuerden con las simulaciones realizadas en los respectivos software.

Este proceso todavía se encuentra pendiente debido a que no hemos implementado el controlador aún.

7.1.7 PRUEBAS

Actividades: Una vez ensamblado el diseño final, y realizadas las respectivas mediciones, se procederá a realizar ciertas pruebas para conocer si se encuentra funcionando bien, y corregir posibles fallas.

Metodología: En el laboratorio realizaremos pruebas de pesado de café, con diferentes pesos de las mismas, así conoceremos su funcionamiento y posibles fallas a corregir.

Este proceso todavía se encuentra pendiente debido a que no hemos implementado el controlador aún.

7.1.8 DIVULGACION

Actividades: Una vez realizadas todos los ítems anteriores del punto 5 de este proyecto, se procederá a dar a conocer a la comunidad estudiantil el desarrollo de este proyecto así como su diseño y prototipo final.

Metodología: Se dará a conocer el proyecto a la comunidad estudiantil, mediante una exposición que se realizará de manera pública en la UFPS, que será coordinada por el Ing. Aristóbulo Sierra.

Este proceso todavía se encuentra pendiente debido a que no hemos implementado el controlador aún.