estudio de viabilidad y factibilidad para implementación de ...

Universidad de Pamplona, una Universidad para una Sociedad Inteligente e Interconectada
ESTUDIO DE VIABILIDAD Y FACTIBILIDAD PARA IMPLEMENTACIÓN DE
VARIADORES DE VELOCIDAD A MOTORES DE LAS LÍNEAS DE
EXTRUSIÓN DE LADRILLERA CASA BLANCA
OMAR ORLANDO FERNÁNDEZ PÉREZ
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
PAMPLONA 2007
Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia)
Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co

Universidad de Pamplona, una Universidad para una Sociedad Inteligente e Interconectada
ESTUDIO DE VIABILIDAD Y FACTIBILIDAD PARA IMPLEMENTACIÓN DE
VARIADORES DE VELOCIDAD A MOTORES DE LAS LÍNEAS DE
EXTRUSIÓN DE LADRILLERA CASA BLANCA
OMAR ORLANDO FERNÁNDEZ PÉREZ
Prácticas empresariales realizadas en la Ladrillera
Casablanca como requisito para obtener el titulo de Ingeniero
Mecatrónico
Director:
Dr (c) Hernando Cáceres
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
PAMPLONA 2007
Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia)
Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co

DEDICATORIA
A mis padres Elena y Cristóbal , la razón de ser de mi vida quienes me
han brindado su amor, apoyo incondicional, deseos de superación y ante
todo paciencia, desde niño paso a paso me han llevado a conseguir este
gran e importante logro en mi vida.
A mis hermanos Félix, Hilda, Celmira y Alberto quienes han buscado
que su hermano menor salga adelante y busque mayor estabilidad laboral y
financiera.
A mi gran amigo Jean Kelvin Rincón quien con su amistad
incondicional, sus consejos en los momentos difíciles, y sus bromas
contribuyo a que pudiera cumplir tan importante objetivo en mi vida.
A mi novia Teodora Jaimes quien me ha dado gran felicidad, amor y
apoyo.
Y en especial a mi hijo Christian Camilo la gran felicidad de mi vida y
ante todo una razón más para salir adelante.
Omar Orlando Fernández Pérez.
i

AGRADECIMIENTOS
Al Ingeniero Hernando Cáceres, por ser una persona que ha creído en mis
capacidades.
A Aldo Pardo García quien con su apoyo incondicional siempre estuvo presto a
resolver grandes problemas que se presentaron a nivel académico y personal.
Al Ingeniero Cesar Peña y Jorge Luís quiénes sentaron grandes bases
académicas y fueron las personas que contribuyeron en mi desarrollo profesional.
Al doctor Rocco Tarantino por ser el mejor profesor de la universidad de
Pamplona, con sus enseñanzas buscan centrar al estudiante a nivel industrial.
A la Señora Isabel Bautista, por creer en mis capacidades y brindarme la
oportunidad de trabajar en la ladrillera Casablanca.
A Dairo Sánchez por confiar en mis capacidades y por ofrecerme su apoyo en el
área laboral.
Al ingeniero Armando Pulido por su incondicional ayuda y apoyo en mi desarrollo
laboral.
A Fernando Restrepo y Yorladis López, por brindarme su apoyo y amistad.
Al Personal Administrativo y operativo de la ladrillera Casablanca por ser las
personas quienes contribuyeron en mi formación laboral.
A todos mis amigos, compañeros y profesores de la universidad de Pamplona que
contribuyeron en mi formación personal y académica.
ii

ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA I
AGRADECIMIENTO I
INDICE GENERAL III
LISTA DE FIGURAS VI
LISTA DE TABLAS VIII
LISTA DE ANEXOS IX
TITULO 1
INTRODUCCIÓN 2
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
JUSTIFICACIÓN 4
ALCANCE 6
OBJETIVOS 8
GENERAL 8
ESPECÍFICOS 8
1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 9
1.1. ARCILLA 9
1.1.1. TIPOS DE ARCILLA 10
1.1.1.1. Arcillas Caoliniticas: 10
1.1.1.2. Arcillas montmorilloníticas o esmectíticas 10
1.1.1.3. Arcillas ilíticas o micáceas 11
1.2. EXPLOTACIÓN DE LA MATERIA PRIMA. 12
iii

1.2.1. HOMOGENIZACIÓN 12
1.2.2. ENVEJECIMIENTOS DE LAS ARCILLAS 13
1.3. MOLIENDA 15
1.4. MOLDEO 16
1.5. SECADO 17
1.6. COCCIÓN 17
1.7. VITRIFICADO 18
1.8. ENFRIAMIENTO 18
1.9. SELECCIÓN Y EMPAQUE 19
2. MARCO REFERENCIAL 20
2.1. MARCO DE ANTECEDENTES 20
2.2. MARCO CONCEPTUAL 22
2.2.1. SISTEMA ACTUAL 22
2.2.2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN 22
2.2.2.1. Sistema mecánico 22
2.2.2.2. Principios físicos del proceso: 25
2.2.2.3. Análisis de presiones 29
2.2.2.4. Sistema eléctrico 29
2.2.3. SISTEMA PROPUESTO 30
2.2.3.1. Humectación 31
2.2.3.2. Velocidad de extrusión 32
3. DISEÑO METODOLÓGICO 36
3.1. PRIMERA ETAPA: ESTUDIO DE VIABILIDAD Y FACTIBILIDAD. 36
3.1.1. DESCUBRIMIENTO 36
3.1.2. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN 36
3.1.3. ANÁLISIS DE DATOS Y ESTUDIO TÉCNICO ECONÓMICO 37
3.1.4. ANÁLISIS DE PROBLEMAS POTENCIALES. 55
3.1.5. BÚSQUEDA EN EL MERCADO DE LOS CONVERTIDORES DE FRECUENCIA: 62
4. MARCO TEÓRICO 64
4.1. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA 64
4.1.1. MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO CON ROTOR JAULA DE ARDILLA 65
4.1.1.1. Estructura del motor 65
4.1.1.2. Velocidad en el campo giratorio 66
4.1.1.3. Par y deslizamiento 67
4.1.1.4. Puntos característicos de la curva de régimen de un motor asíncrono trifásico
con rotor jaula de ardilla 67
4.2. TIPOS DE CARGAS 69
4.2.1. CARGA A PAR CONSTANTE: 69
4.2.2. CARGA DE PAR LINEAL 70
4.2.3. CARGA DE PAR CUADRÁTICO: 70
iv

4.2.4. CARGA DE POTENCIA CONSTANTE: 71
4.2.5. CARGAS DE IMPACTO 71
4.3. MÉTODOS PARA VARIAR LA VELOCIDAD EN MOTORES TRIFÁSICOS DE
CORRIENTE ALTERNA. 72
4.3.1. VARIANDO LA TENSIÓN 73
4.3.2. VARIANDO EL NÚMERO DE POLOS 73
4.3.3. VARIADO LA RESISTENCIA DEL SECUNDARIO 75
4.3.4. VARIADO LA FRECUENCIA 76
4.4. CARACTERÍSTICA DINÁMICA DE LOS ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS 78
4.5. EL CONVERTIDOR DE FRECUENCIA 79
4.5.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: 80
4.5.2. SECCIONES DE UN CONVERTIDOR DE FRECUENCIA 80
4.5.2.1. : RECTIFICADOR 80
4.5.2.2. : INVERSOR 81
4.5.2.2.1. : INVERSOR DE SEIS PASOS 81
4.5.2.2.2. INVERSOR PWM 82
4.5.3. VARIADORES DE TIPO FLUJO VECTORIAL 83
5. EL DIBUJO MECÁNICO 85
CONCLUSIONES 89
RECURSOS DISPONIBLES 90
CRONOGRAMA 91
BIBLIOGRAFIA 92
ANEXO (1) 93
ANEXO (2) 95
ANEXO (3) 96
ANEXO (4) 97
ANEXO (5) 98
ANEXO (6) 104
ANEXO (7) 105
v

LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1-1. ESTRUCTURA DE UNA ARCILLA CAOLINITICA ..................................................................................10
FIGURA 1-2. ESTRUCTURA DE UNA ARCILLA MONTMORILLONITICA.....................................................................10
FIGURA 1-3. EXPLOTACIÓN DE LA MATERIA PRIMA ............................................................................................12
FIGURA 1-4.LECHOS DE HOMOGENIZACIÓN .....................................................................................................13
FIGURA 1-5. LECHOS DE ENVEJECIMIENTO DE ARCILLAS ..................................................................................13
FIGURA 1-6. MOLÉCULA DE AGUA ...................................................................................................................14
FIGURA 1-7. MOLÉCULA DE ARCILLA ...............................................................................................................14
FIGURA 1-8. CAJÓN ALIMENTADOR .................................................................................................................15
FIGURA 1-9. PORTA MARTILLOS .....................................................................................................................16
FIGURA 1-10. EXTRUSORA UTILIZADA PARA EL MOLDEO DE ARCILLAS. ..............................................................16
FIGURA 1-11. SECADO ARTIFICIAL FIGURA 1-12. SECADO NATURAL ].................................17
FIGURA 1-13.COCCIÓN DEL MATERIAL ............................................................................................................18
FIGURA 1-14. VITRIFICADO DE MATERIAL ........................................................................................................18
FIGURA 1-15.ENFRIAMIENTO DEL HORNO. .......................................................................................................18
FIGURA 2-1. ARCILLA CON EXCESO DE COMPONENTE ARCILLOSO . ....................................................................20
FIGURA 2-2. ARCILLA CON INCREMENTO DE PORCENTAJE EN DESENGRASANTE. ................................................21
FIGURA 2-3. MEZCLADORA O AMASADORA UTILIZADA EN LA HUMECTACIÓN DEL PROCESO. ................................22
FIGURA 2-4.PRINCIPALES ZONAS EN PROCESO DE EXTRUSIÓN. ........................................................................22
FIGURA 2-5. PERFIL DE VELOCIDADES. ............................................................................................................24
FIGURA 2-6.CONSUMO DE CORRIENTE DE UN MOTOR DE 200 (HP). ...................................................................25
FIGURA 2-7. FUERZAS QUE ACTÚAN EN TORNILLO DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA. ............................................26
FIGURA 2-8. DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS ACTUANTES EN LA HÉLICE. .................................................................27
FIGURA 2-9. DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES. .....................................................................................................29
FIGURA 2-10. ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO. ...........................................................................................29
FIGURA 2-11. TERMOGRAFÍA REALIZADA A LOS ELEMENTOS ELÉCTRICOS. .........................................................30
FIGURA 2-12. SISTEMA DE HUMECTACIÓN. ......................................................................................................31
FIGURA 2-13.ANÁLISIS TERMOGRAFICO EXTRUSORAS LÍNEAS DE PRODUCCIÓN (A) EXTRUSORA DE BLOQUE
(B) EXTRUSORA DE TABLETA 25 X 25 (C) EXTRUSORA TABLETA 33 X 33 (D) EXTRUSORA DE TEJA. ............32
FIGURA 2-14. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA. .......................................................................................35
FIGURA 3-1. CORRIENTE DE ARRANQUE EN UN MOTOR DE 200 HP. ...................................................................38
FIGURA 3-2. GRAFICO COMPARATIVO DE LOS MÉTODOS DE ARRANQUE DE MOTORES TRIFÁSICOS
ASÍNCRONOS JAULA DE ARDILLA. ............................................................................................................39
FIGURA 3-3. CONSUMOS DE CORRIENTE CON RESPECTO A LA CARGA. ..............................................................40
FIGURA 3-4. CONSUMOS DE CORRIENTE TOMADO DURANTE 29 DÍAS TENIENDO EN CUENTA LA VELOCIDAD. ........40
FIGURA 3-5. CONSUMO DE CORRIENTE VS. TIEMPO VARIANDO EL ÁREA DE SALIDA. ...........................................41
FIGURA 3-6. VARIACIÓN DE CONSISTENCIA EN FUNCIÓN DE LA HUMEDAD. .........................................................42
FIGURA 3-7. PARTÍCULA ARCILLOSA EN LA PRIMERA FASE ................................................................................42
FIGURA 3-8.PARTÍCULA ARCILLOSA SEGUNDA FASE..........................................................................................43
FIGURA 3-9.PARTÍCULA ARCILLOSA FASE FINAL................................................................................................43
FIGURA 3-10. PORCENTAJES DE FALLA PRESENTES EN LAS LÍNEAS DE MOLDEO. ...............................................44
FIGURA 3-11. TIPOS DE MATERIAL AGRIETADO. ...............................................................................................44
FIGURA 3-12.MATERIAL QUE HA SUPERADO LA CONTRACCIÓN EN SECADO. .......................................................45
FIGURA 3-13. DISPONIBILIDAD FEBRERO. ........................................................................................................46
vi

FIGURA 3-14.DISPONIBILIDAD MARZO. ............................................................................................................46
FIGURA 3-15. DIAGRAMA DE TIEMPO. ..............................................................................................................47
FIGURA 3-16. DIAGRAMA DE AHORRO ESPERADO. ...........................................................................................48
FIGURA 3-17. VELOCIDAD VS DESGASTE. .......................................................................................................48
FIGURA 3-18. GRAFICO DE POTENCIAS. ..........................................................................................................50
FIGURA 3-19. GRAFICO DE CORRIENTE ACTUAL MENOS CORRIENTE CON EL VARIADOR. .....................................52
FIGURA 3-20. RETORNO DE INVERSIÓN. ..........................................................................................................54
FIGURA 3-21. DIAGRAMA DE ESFUERZOS. .......................................................................................................55
FIGURA 3-22. DISPOSITIVO PARA EVALUAR AISLAMIENTO EN MOTORES. ............................................................56
FIGURA 3-23. ÍNDICE DE POLARIZACIÓN DEL MOTOR DE LA EXTRUSORA 2. ........................................................57
FIGURA 3-24. ARMÓNICOS DE CORRIENTE Y ARMÓNICOS DE TENSIÓN. .............................................................58
FIGURA 4-1. CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES.................................................................................................64
FIGURA 4-2.DESPIECE DE UN MOTOR ASÍNCRONA JAULA DE ARDILLA. ...............................................................65
FIGURA 4-3. ESTATOR DE UN MOTOR ASÍNCRONO JAULA DE ARDILLA. ...............................................................65
FIGURA 4-4. ROTOR DE UN MOTOR ASÍNCRONO JAULA DE ARDILLA. ..................................................................66
FIGURA 4-5. FORMAS DE BARRAS DEL ROTOR Y SECCIONES TRANSVERSALES DEL ROTOR. ................................66
FIGURA 4-6. PUNTOS CARACTERÍSTICOS DE LA CURVA DE RÉGIMEN DE UN MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO
CON ROTOR JAULA DE ARDILLA. ..............................................................................................................67
FIGURA 4-7. CARGA A MOMENTO CONSTANTE. ................................................................................................69
FIGURA 4-8. CARGA DE PAR LINEAL. ...............................................................................................................70
FIGURA 4-9. CARGA DE PAR CUADRÁTICO. ......................................................................................................70
FIGURA 4-10. CARGA A POTENCIA CONSTANTE. ...............................................................................................71
FIGURA 4-11. CARGAS DE IMPACTO. ...............................................................................................................71
FIGURA 4-12. CONTROL DE VELOCIDAD POR RELACIÓN DEL VOLTAJE DE LÍNEA. .................................................73
FIGURA 4-13. DEVANADO ESTATÓRICO DE DOS POLOS PARA CAMBIO DE POLOS. ...............................................74
FIGURA 4-14. DEVANADO DE 2 A 4 POLOS MEDIANTE POLOS CONSECUENTES. ..................................................74
FIGURA 4-15. CONTROL DE VELOCIDAD MEDIANTE VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR. ..........................76
FIGURA 4-16. CURVA CARACTERÍSTICA U/F. ...................................................................................................77
FIGURA 4-17.CURVA CARACTERÍSTICA POR VARIACIÓN DE FRECUENCIA. ...........................................................77
FIGURA 4-18. EL CONVERTIDOR DE FRECUENCIA. ............................................................................................79
FIGURA 4-19. ESQUEMA DE UN CONVERTIDOR DE FRECUENCIA.........................................................................80
FIGURA 4-20. TIPOS DE CONVERTIDORES DE CA A CC. ........................................................................81
FIGURA 4-21. INVERSOR A BASE DE SCR’S. ...................................................................................................81
FIGURA 4-22. INVERSOR A BASE DE IGBT’S. ...........................................................................................82
FIGURA 5-1. SISTEMA DE INYECCIÓN DE CARBÓN PULVERIZADO. ......................................................................85
FIGURA 5-2.ELEMENTOS DE MAQUINA. ............................................................................................................86
FIGURA 5-3. DESPIECE DOSIFICADOR. ............................................................................................................86
FIGURA 5-4.DOSCIFICADOR DE CARBONATO DE BARIO. ....................................................................................86
FIGURA 5-5. ISOMÉTRICO DE LA REDISTRIBUCIÓN DE LA LÍNEA. .........................................................................87
FIGURA 5-6.ACERCAMIENTO A LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN. ................................................................................88
FIGURA 5-7.PRINCIPALES VISTAS DE LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN. .......................................................................88
vii

LISTA DE TABLAS
TABLA 2-1.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MÉTODOS PARA VARIAR LA VELOCIDAD ...........................................34
TABLA 3-1. RELACIÓN ENTRE FRECUENCIA DE CAMBIO Y NUMERO DE MUESTRAS...................................................37
2
TABLA 3-2. RELACIÓN EN m DE MATERIAL NO CONFORME .....................................................................................37
TABLA 3-3. PORCENTAJE DE ABSORBICIÓN DE AGUA.................................................................................................44
TABLA 3-4. PORCENTAJES DE CONTRACCIÓN AL SECADO .........................................................................................45
TABLA 3-5. PORCENTAJE DE CONTRACCIÓN EN COCIDO ...........................................................................................46
TABLA 3-6. RESUMEN DE COSTOS POR REDUCCIÓN EN MANTENIMIENTO .................................................................49
TABLA 3-7.DATOS PARA CALCULO DE INGRESOS POR MAYOR DISPONIBILIDAD ........................................................50
TABLA 3-8. DATOS PARA CÁLCULO DE AHORRO EN ENERGÍA ....................................................................................51
TABLA 3-9.COSTOS POR CONSUMO EN EL MOTOR DE LA EXTRUSORA 2 ...................................................................52
TABLA 3-10.AHORRO EN CONSUMO DE ENERGÍA INSTALANDO VARIADORES DE VELOCIDAD....................................53
TABLA 3-11. AHORRO ESPERADO POR MEJOR CALIDAD EN EL PRODUCTO ...............................................................53
TABLA 3-12.AHORRO ESPERADO CONSOLIDADO .......................................................................................................53
TABLA 3-13.LÍMITES DE COMPATIBILIDAD: ARMÓNICOS DE TENSIÓN (UN%) EN REDES INDUSTRIALES DE BT........59
TABLA 3-14. VALORES LÍMITES DE EMISIÓN PARA EQUIPOS DE I >16A CUANDO SEQU≤SSC/33 ...................................61
TABLA 3-15.LÍMITES DE EMISIÓN PARA EQUIPOS MONOFÁSICOS O TRIFÁSICOS DESEQUILIBRADOS CON
RSC>33 ..............................................................................................................................................................62
TABLA 3-16.LÍMITES DE EMISIÓN PARA EQUIPOS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS CON RSC>33....................................62
viii

LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Diagrama de fuerza de variadores de velocidad en la línea de
extrusión 4.
Anexo 2. Toma de datos
Anexo 3. Costos de mantenimiento programado
Anexo 4. Cuadro comparativo De costos entre variadores Siemens y
variadores Danfos.
Anexo 5. Especificaciones de los variadores de velocidad
Anexo 6. Planos de elementos mecánicos
Anexo 7. Planos de dosificador de Carbonato de bario.
ix

TITULO
ESTUDIO DE VIABILIDAD Y FACTIBILIDAD PARA
IMPLEMENTACIÓN DE VARIADORES DE VELOCIDAD A
MOTORES DE LAS LÍNEAS DE EXTRUSIÓN DE LADRILLERA
CASA BLANCA
1

INTRODUCCIÓN
Variar la velocidad en motores de corriente alterna es una de las formas más eficientes
de darle un uso racional a la energía (URE), las industrias han estado incursionando en
este campo, el ahorro en el consumo de la misma es elevado cuando se tiene control
sobre la velocidad.
En el proceso de extrusión de materiales es necesario variar la velocidad ya que es un
método que permite mantener una calidad determinada para un producto, y la potencia
demandada se podrá racionalizar de la misma forma.
Partiendo de la premisa de que al tener un mayor consumo de corriente se esta
demandando mayor potencia, se hace necesario regular el consumo energético, puesto
que no solamente se tiene un impacto económico, sino también social porque afecta el
medio ambiente de forma directa debido a que la generación se hace a base de Carbón
en la mayor parte de los casos.
En respuesta a las ideas expuestas anteriormente la comunidad científica vio la
necesidad de crear dispositivos electrónicos capaces de regular eficientemente la
velocidad en motores de corriente alterna, pues la principal desventaja de estos
motores era que no se tenía un control capaz de regular la velocidad de forma optima.
La mejor opción que existe hasta el momento cuando se busca tener un control eficaz
de la energía es el conjunto motor asíncrono convertidor de frecuencia, por que
contribuyen a reducir la potencia demandada, incrementando la disponibilidad de esta
para otros usos.
2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad las formadoras producen diferentes tipos de formatos tales como:
bloques, tabletas de diferentes tamaños y tejas. Para accionar la misma se usan
motores que superan los 120 kW. de potencia con una velocidad nominal de 1185 rpm
en promedio, el arranque se realiza utilizando el método estrella-triangulo, el cual se ha
venido usando desde que se adquirió esta maquinaria, trayendo consigo alto consumo
energético, desgaste mecánico en boquillas, ejes, piñones y rodamientos.
El resultado por el cual estos elementos mecánicos sufren desgaste es que la variación
de velocidad existente no ofrece los rangos necesarios para normalizar los esfuerzos
presentes en el proceso.
Estas máquinas como se expuso en los párrafos anteriores son accionada con motores
eléctricos que superan los 120 kW. de potencia, tienen un consumo nominal de
corriente de 150 Amperios, la gran mayoría de los motores en el arranque consume de
4 a 7 veces su corriente nominal, este puede darse en promedio 6 veces al día,
acarreando un mayor consumo de potencia activa y reactiva.
El motor eléctrico durante la jornada laboral trabaja a máxima potencia, sin importar el
tipo de tableta que se este elaborando, cuando la tableta es de menor área de salida los
esfuerzos que se presentan son mayores y causa que la maquina requiera mas
potencia para extruir la misma cantidad masica, en el caso contrarió cuando se utiliza la
tableta de mayor área de salida la maquina requiere menor potencia de extrusión y
menor esfuerzo puesto que el área de salida de la boquilla es mayor y la arcilla puede
fluir con mayor facilidad requiriendo menos potencia y por lo tanto menos consumo de
energía.
Además el grado de orientación, humedad y contracción, originan tensiones y roturas
en el secado, estos efectos tienen que ver básicamente con la velocidad de extrusión, la
humectación y defectos en las boquillas.
De lo expuesto anteriormente se presenta la necesidad de implementar dispositivos que
permitan regular la velocidad.
3

JUSTIFICACIÓN
Mas del 60% de la energía eléctrica demandada en la industria se utiliza en motores,
las aplicaciones industriales en las que se necesita una variación de velocidad continua
y progresiva son cada vez mas frecuentes, estas aplicaciones pueden ser: rapidez de
respuesta, precisión, robustez y disponibilidad, entendiendo esta ultima como la
facilidad intrínseca del equipo en reducción de paradas programadas para revisiones de
mantenimiento preventivo.
La situación que se presenta en las formadoras de las diferentes líneas es el elevado
consumo energético durante la extrusión, los altos esfuerzos generados, lo cual causa
desgaste de los elementos mecánicos llevando a la máquina a tener paradas
intempestivas y por lo tanto disminuyendo la disponibilidad de esta por intervenciones
de mantenimiento.
Implementar un sistema de regulación de velocidad es una de las soluciones mas
eficientes para mejorar el proceso, pues en la tecnología de regulación de velocidad se
obtienen reducciones en consumo de los motores que puedan alcanzar el 50% y
mejoras en el control operativo que optimizan la rentabilidad y productividad de los
procesos, a la vez minimizan las pérdidas en instalaciones ya que los equipos
demandaran de la red menores potencias en cualquier régimen de trabajo incluso en el
arranque.
La utilización de motores de alto rendimiento junto con los equipos de regulación de
velocidad alcanza una considerable mejora en el rendimiento energético de la
operación, sin menospreciar el perfeccionamiento de los productos elaborados.
Hasta el momento se ha mencionado y plasmado la justificación del porque efectuar la
regulación de velocidades de los motores que accionan las extrusoras, pero ¿cuál es la
mejor manera? y ¿cuales son los métodos mas eficientes de regulación de velocidad?
Existen diferentes formas de regular la velocidad bien sea por medios mecánicos,
eléctricos y electrónicos; en la actualidad el método mas eficiente es el electrónico,
donde han incursionado los convertidores de frecuencia los cuáles presentan muchas
ventajas en comparación con los otros métodos de regulación de velocidad.
Un convertidor de frecuencia es un regulador de velocidad que gracias al progreso
experimentado por la electrónica de potencia ha permitido manejar potencias que
4

abarcan desde algunos vatios hasta varios megavatios, permitiendo así satisfacer todas
las necesidades planteadas en sus diversas aplicaciones industriales.
Este dispositivo realiza una conversión óptima de la energía, regulando la velocidad al
hacer variar la frecuencia de operación del motor, como la variación no se hace por
debilitamiento de campo, el torque ofrecido por este no disminuye significativamente.
Además estos equipos innovadores ahorran en mantenimiento al conseguir que los
motores trabajen en todo momento en las mejores condiciones con resultados más
satisfactorios; también garantizan un uso racional de los motores prologando su vida de
utilización y consiguiendo rendimiento máximo en cualquier régimen de trabajo. Este
mantenimiento no se refiere solamente al motor sino también afectara a las
transmisiones, embragues y elementos de relación.
Se tiene un mayor control en el proceso de fabricación porque el arranque y las paradas
se realizan con rampas de aceleración y desaceleración, trayendo consigo menores
esfuerzos y por lo tanto menores desgastes en los elementos mencionados en el
párrafo anterior.
5

ALCANCE
El alcance del proyecto se enmarca en la elaboración de un estudio de viabilidad y
factibilidad para implementación de variadores de velocidad a motores que superen los
10 kW. en las líneas de extrusión de la ladrillera Casablanca.
Para alcanzar dicho fin se seguirá el siguiente plan de trabajo dividido en dos etapas:
PRIMERA ETAPA: ESTUDIO DE VIABILIDAD Y FACTIBILIDAD
FASE Nº DE
SEMANAS
DESCRIPCIÓN
1 1 DESCUBRIMIENTO:
Reconocimiento, Diagnostico y Determinación de la necesidad.
2 2 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN:
Obtención y clasificación de la Información actual existente.
3 4 ANÁLISIS DE DATOS Y ESTUDIO TÉCNICO-ECONÓMICO
Analizar los datos obtenidos y establecer por medio de un estudio
técnico la solución de la problemática existente.
4 1 PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN:
Presentar el estudio técnico económico a las directivas de la empresa
con el fin de obtener el presupuesto necesario para la implementación
de variadores de velocidad.
5 1 ANÁLISIS DE PROBLEMAS POTENCIALES
Examinar los dispositivos electromecánicos con el fin de determinar el
tiempo de vida y las características del aislamiento tanto en conductores
como en motores y dar una opción en cuanto la utilización de estos
materiales.
Esta etapa se dará por terminada en la fase 5 y todo dependerá de la respuesta que
den las directivas en la fase 4
6

SEGUNDA ETAPA: IMPLEMENTACIÓN
FASE Nº DE
SEMANAS
DESCRIPCIÓN
1 1 BÚSQUEDA EN EL MERCADO DE LOS CONVERTIDORES DE
FRECUENCIA.
Cotizar y realizar un análisis técnico económico de los diferentes
convertidores existentes en el mercado.
2 2 ADECUACIÓN DE LAS INSTALACIONES.
Determinar cual es el sitio mas apto para la instalación de los variadores
de velocidad de acuerdo con las especificaciones técnicas.
3 2 INSTALACIÓN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD.
Verificar la correcta instalación de los convertidores de frecuencia de
acuerdo a las propuestas elaboradas por los proveedores.
4 1 CAPACITACIÓN.
Tomar las accesorias dadas por los proveedores en cuanto a operación
y programación de los convertidores de frecuencia.
5 4 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN.
Obtención y clasificación de la Información en base a la instalación de
variadores de velocidad.
6 4 OBTENCIÓN DE LA VELOCIDAD ÓPTIMA PARA LA EXTRUSIÓN.
Realizar pruebas y analizarlas con el fin de conseguir la velocidad
óptima en extrusión.
Esta fase se dará por terminada en la fase 5 pero se deberá tener realimentaciones en
la fase 6 que se seguirá dando mientras el proceso siga existiendo por que el material
sufre serias variaciones en el transcurso de la jornada.
7

GENERAL
OBJETIVOS
Realizar el estudio de viabilidad y factibilidad para implementación de variadores de
velocidad a motores de las líneas de extrusión de ladrillera casa blanca
ESPECÍFICOS
1. Realizar toma de datos y por medio del análisis de los mismos proponer acciones
que vayan en línea con el proceso de mejoramiento.
2. Cuantificar las perdidas por fallas en materiales y analizar las causas de las
mismas para corregirlas.
3. Determinar como afecta el proceso de mantenimiento en términos de
intervenciones de equipos y generar acciones que permitan prolongar estos
tiempos.
4. Realizar las pruebas técnicas con el fin de tomar la mejor decisión sobre la
compra del variador de velocidad.
5. Estudiar las opciones que existen en el mercado en equipos para variación de
velocidad.
6. Realizar un estudio económico de retorno de inversión.
8

1.1. ARCILLA
1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
En su origen la tierra, hace unos 4600 millones de años era una masa incandescente de
materiales de fusión. Los materiales más pesados como el níquel y el hierro se fueron
hundiendo al interior de las capas mas profundas mientras que los materiales más
ligeros como el silicio y el aluminio se fueron concentrando en las capas superficiales.
La corteza terrestre es uniforme y esta constituida por una capa de basalto, roca ígnea
formada por enfriamiento del magma.
El sílice y la alumina representan el 75% de la corteza terrestre y por lo tanto son los
constituyentes básicos de la arcilla.
El feldespato es el material más abundante en la corteza terrestre sin embargo es
bastante raro encontrar yacimientos de feldespato puro; lo más frecuente es que se
haya cristalizado con otros minerales formando diferentes rocas: grafito, diorita,
pegmatita, aplita, andesitas, basaltos, etc. El feldespato de todas estas rocas por la
acción de la intemperie puede transformarse en arcilla.
El agente de esta transformación ha sido el agua, cuando el agua contiene CO 2 entra
en contacto con la roca feldespática, disuelve y se lleva el K 2 O y parte del sílice. El
sílice y la alumina restante después de un tiempo de contacto con la humedad se
hidrata y transforma en arcilla o caolín
Los elementos más solubles de la roca feldespática arrastrados por el agua se
depositan en el mar donde existen en la actualidad miles de millones de toneladas de
sal.
9

1.1.1. TIPOS DE ARCILLA
1.1.1.1. Arcillas Caoliniticas:
Figura 1-1. Estructura de una arcilla caolinitica [1]
Se forman en un medio acido (ph 4-5) cuando el contenido en aluminio es elevado y el
contenido en bases K O,
NaO,
CaO,
Fe O ) es pequeño.
( 2
2 3
Ciertas rocas monolíticas o ígneas acidas como los granitos ácidos pobres en bases
tienden a formar caolinita.
La caolinización lleva consigo una perdida de sílice y la desaparición de los álcalis. El
calcio bloquea el proceso de caolinización. Las arcillas caoliníticas son propias de clima
lluvioso, pues el agua lluvia, al arrastrar por lavado las bases alcalinas contenidas en
los feldespatos crea las condiciones para la formación del caolín.
La colina se presenta en tamaños de grano sensiblemente mayores que los que
corresponden a otras clases de arcilla, como consecuencia de esta granulometría mas
gruesa, las arcillas caoliníticas presentan una plasticidad algo baja pero secan con
rapidez y sin problemas a causa de su mayor porosidad.
1.1.1.2. Arcillas montmorilloníticas o esmectíticas
Figura 1-2. Estructura de una arcilla Montmorillonitica [1]
La montmorillonitica o esméctica se forma a partir de rocas básicas como los
feldespatos calcios o magnesios, por alteraciones de cenizas volcánicas y rocas
10

magmáticas ricas en Ca y Mg , en climas áridos que impiden la disolución de dichos
iones necesarios para su formación.
La montmorillonitica tiene la propiedad de sustituir algunos de los aluminios de su capa
+ + +
+ +
octaédrica Al por Mg tienen diferente formas para recuperar la neutralidad
eléctrica disipada, el cristal absorbe del medio iones de sodio intercambiables, que
pueden ser sustituidos con facilidad por otros iones. Estos se forman en las cavidades
hexagonales que forman los oxígenos de la superficie del cristal, los iones
intercambiables tienen la capacidad de absorber un gran numero de moléculas de agua
aumentando la distancia en las hojas del cristal dando lugar a importantes dilataciones,
este hecho explica la gran tendencia a la rehidratación que presentan las arcillas
montmorilloníticas y la dificultad en eliminar la ultima humedad durante el secado.
Características
Humedad de moldeo elevada
Alta contracción de secado
Elevada resistencia mecánica en seco
Secado largo y problemático
Color rojo vivo
Temperatura de cocción de 800 a 900 °C
1.1.1.3. Arcillas ilíticas o micáceas
Las arcillas ILÍTICAS o micáceas se diferencian de la montmorilloníticas en la capa
tetraédrica y no en la octaédrica además se sustituye el silicio por el aluminio en
algunas posiciones al azar, produciendo un desequilibrio eléctrico.
La ilítica presenta un comportamiento cerámico intermedio entre la caolinita y la
motmorillonitica se puede considerar como el punto de equilibrio en la mayoría de las
características.
CARACTERÍSTICAS
No presenta problemas de secado
Su resistencia mecánica a la flexión oscila entre los 40 y 60 kg
2
cm
En cocción vitrifica bastante rápido a partir de los 800 °C
11

1.2. EXPLOTACIÓN DE LA MATERIA PRIMA.
Figura 1-3. Explotación de la materia prima [2]
La primera fase inicia realizando pruebas de minería para ver la calidad de la arcilla y
junto con el laboratorio se realizan experimentos para conocer el tipo de arcillas; cuando
las pruebas arrojadas son positivas el material es extraído del yacimiento presente en
los predios de la empresa mediante maquinaria caterpilar entre ellos se encuentra un
tractor D8R quien es el encargado de la extracción, cumplida esta etapa los cargadores
son los encargados de recopilar la arcilla.
Después se deposita el material en capas horizontales, teniendo en cuenta que estas
no deben ser demasiado gruesas para evitar variaciones importantes en el material que
forma parte de la misma capa.
Para obtener una arcilla de la mejor calidad se tienen en cuenta tres objetivos
principalmente:
1. Homogenizar la arcilla y compensar las variaciones que presenta la materia
prima en cantera, asegurando un suministro a planta de características
constantes, sobre todo en lo que se refiere a la plasticidad y el contenido de
humedad.
2. Iniciar el proceso de envejecimiento y maduración de la arcilla, que luego
continuara en el interior de la planta y aprovechar la acción física y mecánica de
la intemperie (lluvia, hielo, sal, viento) para desintegrar los grandes trozos de
arcilla recién arrancada facilitando el trabajo de la maquinaria de preparación.
3. Disponer de una reserva a pie de planta necesaria cuanto mayor volumen de
producción tenga la fabrica.
1.2.1. HOMOGENIZACIÓN
Puesto que la irregularidad en la composición de la materia prima es la causa mas
frecuente de los problemas que se presentan durante el proceso de fabricación de
baldosas, tejas y ladrillos y de la falta de consistencia en la calidad del producto
acabado, se requiere proceder a su homogenización desde el mismo yacimiento, dado
que poco sirve el ajustar los sistemas de dosificación en el interior de la instalación si
12

los componentes de la mezcla experimentan continuas variaciones.
La mayoría de los yacimientos presentan una gran heterogeneidad con marcadas
diferencias de un punto a otro de la cantera y entre los diversos estratos.
Figura 1-4.Lechos de homogenización [2]
Los estratos de un yacimiento son una capa vegetal aproximadamente de 1 m, debajo
de esta capa se encuentra una arcilla magra, entre los 8 a los 9,8 m. se observan
grandes bolsas de arena. En cambio, entre los 12 y 14 m. aparece una capa de arcilla
plástica; por debajo de esta capa se presenta un estrato de arcilla magra.
Cualquiera que sea el sistema de explotación de la cantera, en horizontal o abriendo un
frente vertical como el mostrado en la figura anterior, la materia prima extraída
presentara importantes variaciones que es preciso corregir mediante la formación del
lecho de homogenización.
Cuanto mayor es el número de arcillas utilizadas en la mezcla, menores variaciones
experimenta y por lo tanto los productos no tienen cambios notorios, ya que cualquier
modificación que pudiera presentar uno de los componentes repercutirá solo según el
porcentaje relativo de dicho componente en la mezcla.
1.2.2. ENVEJECIMIENTOS DE LAS ARCILLAS
Figura 1-5. Lechos de envejecimiento de arcillas [2]
El envejecimiento de la arcilla es una técnica tradicional empleada por los alfareros
desde el siglo II a.C.
13

Consiste en stockar la arcilla mezclada con agua y a veces sustancias orgánicas
durante meses y a veces años, con este tratamiento se consigue aumentar la
plasticidad de las pautas cerámicas disminuyendo las tendencias de fisura en el
secado.
Las partículas arcillosas tienen la forma de pequeños cristales laminares de un tamaño
comprendido entre las 10 μ m y las 0.1. μ m .
Estos cristales, por una serie de mecanismos se encuentran saturados con cargas
eléctricas negativas. Por otra parte el agua es un dipolo con una zona donde se sitúa
+
los 2 H (polo positivo) y otra con preponderación de O - (polo negativo).
Figura 1-6. Molécula de agua [2]
Las partículas arcillosas atraen a las moléculas de agua, las cuales envuelven
totalmente a las partículas de arcilla.
Figura 1-7. Molécula de arcilla [2]
En los yacimientos de arcilla sedimentaria, las partículas arcillosas presentan una
orientación u ordenamiento unidireccional, como las hojas de un libro, paralelas a la
estratificación del depósito.
Durante el envejecimiento, el agua penetra entre hoja y hoja, ayudándolas a separarlas
14

y esponjando el material.
La masa arcillosa presenta una estructura homogénea cohesiva. Las partículas se
encuentran inmersas en una matriz liquida densa. La unión entre dicha matriz y la
partícula es una unión eléctrica fuerte y flexible, de lo cual se deriva una buena
cohesión y resistencia a las tensiones de secado.
El grado de individualización y humectación de las partículas arcillosas es lo que
realmente diferencia a una arcilla preparada de otra sin preparar.
Por otra parte sobre la partícula arcillosa, el agua se puede situar en dos tipos de
posiciones: a) unas estables o de máximo equilibrio en las cuales la fuerza de enlace
entre la arcilla y el agua es máxima y b) otras meta-estables.
Durante el tiempo en que la arcilla permanece en los lechos de homogenización y
envejecimiento, el agua situada en posiciones meta-estables se evapora; mientras que
otras moléculas de agua existentes en el aire en contacto con la arcilla son fijadas en
posiciones estables. Este proceso de reacomodación del agua hasta situarse en las
posiciones de máxima estabilidad es un proceso lento en los niveles más bajos de
humedad. En cambio, en niveles más altos se realizan con mayor rapidez y destreza
porque a medida que el agua se aleja de la superficie arcillosa se mueve con más
facilidad.
1.3. MOLIENDA
Figura 1-8. Cajón Alimentador [1]
La molienda inicia en el cajón alimentador el cual es el encargado de dosificar la arcilla
al molino a través de unas cadenas de arrastre que son accionadas por un motor
trifásico de 4,5 kW. conectado a la red.
La molienda se realiza por la vía seca, esta vía asegura la obtención de un porcentaje
importante de partículas finas que se humectan con mas facilidad y rapidez
obteniéndose una masa homogénea y de mayor plasticidad todo lo cuál se traduce en
un mejor acabado y una mayor resistencia mecánica tanto del material seco como el
material cocido.
15

En la etapa de molienda se utilizan tres tipos de molinos (molino de martillos, de bolas y
de mandíbulas) conectados en serie (uno detrás del otro) buscando obtener una mejor
granulometría en el material.
Figura 1-9. Porta martillos [1]
En al figura 1.9 se muestra un accesorio del molino de martillos, el cual utiliza un motor
conectado a un eje que es el encargado de hacer girar los martillos para reducir la
granulometría de la arcilla, estos dispositivos tienen una desventaja característica, pues
cuando han sufrido desgaste cambian sustancialmente la granulometría en el material.
1.4. MOLDEO
Figura 1-10. Extrusora utilizada para el moldeo de arcillas. [1]
Es la etapa que lleva a la arcilla a convertirse en el producto que queremos obtener
(Tableta, bloque y teja)
El proceso inicia cuando la arcilla es suministrada por un dosificador, el cual controla la
cantidad de arcilla a producir, es trasladada por medio de una banda transportadora a la
mezcladora o amasadora en donde se le adiciona agua, luego es llevada a un
laminador quien determina la granulometría final de la arcilla, en seguida es
transportada a la extrusora donde se le da forma al producto de ahí sale la tira o galleta
que es fraccionada por una cortadora primaria accionada neumáticamente, después
una cortadora múltiple es la encargada de darle el tamaño final al producto.
16

1.5. SECADO
Luego de ser extrudido el material se transporta a los patios de almacenamiento (sí el
secado es natural), o al secadero (si el secado es artificial), por medio de carretas o
vagonetas manejadas manualmente por operarios. Con este proceso lo que se busca
es eliminar o bajar el porcentaje de humedad del material el cual pasa del 20% al 3 ó
4% aproximadamente.
El secado natural, se realiza en patios bajo cubierta en pilas de 12 tabletas una sobre
otra, este proceso puede tardarse de 4 a 5 días según las condiciones del clima y a la
época del año en que se encuentre. 1
Figura 1-11. Secado Artificial [3] Figura 1-12. Secado Natural [3]
1.6. COCCIÓN
En el proceso de cocción se elimina el porcentaje restante de humedad que haya
quedado en el material después del secado, dándole una serie de características al
producto como son; resistencia a la fractura entre otras. Esta cocción se hace en hornos
de colmena que tienen una forma de semicírculo en su parte superior y de anillo en la
parte inferior, transmitiendo el calor del carbón quemado por medio de hornillas
ubicadas alrededor del horno.
1 Documento de tesis para obtener el titulo de Ingeniero mecánico de Dairo Sánchez
17

1.7. VITRIFICADO
Figura 1-13.Cocción del material [3]
Cuando el material en cocción alcanza una consistencia y una temperatura determinada
(alrededor de 900 a 1.000 ºC) se le realiza el vitrificado, que consiste en regar una
solución de sal y agua, el cual se rocía por la parte superior del horno mediante un
sistema de atomización. Este proceso se efectúa para darle brillo y consistencia al
producto en su etapa final.
1.8. ENFRIAMIENTO
Figura 1-14. Vitrificado de material [3]
Figura 1-15.Enfriamiento del horno. [3]
Una vez termina el proceso de vitrificado se da un tiempo de espera no mayor a 12
horas, luego se apagan las hornillas para que la temperatura baje lentamente y el
producto no sufra un choque térmico que pueda provocar su fractura.
Cuando la temperatura interna del horno alcance aproximadamente 600 ºC, se abren
18

las hornillas así como las puertas del horno, para su total enfriamiento, también se
colocan ventiladores en las puertas para acelerar este proceso. Después de enfriado
completamente el horno se descarga para su total evacuación.
1.9. SELECCIÓN Y EMPAQUE
En el caso de la tableta, esta se divide manualmente y a su vez, se clasifica de acuerdo
al tono obtenido en la quema en lotes, posteriormente, se empaca en material plástico
2
que contiene1m
de tableta.
Si es tipo exportación, el plástico de embalaje contiene las especificaciones del
producto a exportar. Para el caso del bloque sólo se clasifica en colonial y vitrificado y
se despacha por unidad, sin ningún tipo de empaque.
19

2. MARCO REFERENCIAL
2.1. MARCO DE ANTECEDENTES
Aunque los costes de preparación y moldeo de la materia prima en una fabrica de
baldosas tejos o ladrillos giran al rededor del 3 al 4% de los costes totales de
elaboración del producto, sin embargo si estas operaciones no se desarrollan
correctamente pueden dar lugar a un incremento notable de los costes de las fases mas
caras del proceso productivo, como son el secado y la cocción.
Los efectos de trabajar con una arcilla moldeada con tensiones, frecuentemente no se
ven hasta que la pieza ha salido del secadero, del horno o incluso a veces después de
varios años de puesta en servicio.
Entre los múltiples factores que se han de tener en cuenta para lograr el buen resultado
en la extrusión, hay unos que guardan relación estrecha con la materia prima, en
cambio, otros dependen de la maquinaria utilizada para el moldeo.
La primera condición para lograr unos buenos resultados es que el material a
extrusionar presente las mínimas variaciones posibles tanto en lo que respecta a su
composición (plasticidad) como su grado de preparación (granulometría) y a su vez su
contenido de humedad.
Las condiciones de flujo del material arcilloso a través de la extrusora dependen
básicamente de su consistencia.
Figura 2-1. Arcilla con exceso de componente arcilloso [1].
Si se incrementa excesivamente el componente arcilloso, se incrementa paralelamente
la cohesión de la masa y la resistencia interna que se opone al flujo o deslizamiento
entre partícula y partícula, en cambio deslizara mejor sobre las superficies metálicas
(menor rozamiento). La consecuencia de esto será que el molde quedara
20

desequilibrado, pues la arcilla fluirá con mayor velocidad por la periferia que por el
centro.
Figura 2-2. Arcilla con incremento de porcentaje en desengrasante. [1]
En cambio, un incremento en el porcentaje de desengrasante traerá como
consecuencia una disminución de la cohesión interna de la masa y un aumento de su
resistencia externa por roce contra las paredes del molde, quedando este igualmente
desequilibrado.
También durante el proceso de extrusión de la arcilla tiene lugar la orientación de las
partículas, paralelas al sentido del flujo. El grado de orientación, de las partículas
aumenta con la velocidad de salida. Si la velocidad de salida varia en la sección de la
pieza por cambios en la plasticidad de la masa arcillosa en la pieza cerámica recién
extrusionada existirán diferentes grados de orientación, menor será el contenido de
humedad y más baja la contracción de secado, estas diferencias grado de orientación,
humedad y contracción pueden originar tensiones y roturas de secado.
“Resumiendo podemos decir que si se varia el contenido de humedad y
plasticidad de la arcilla, varia la consistencia o cohesión de la masa arcillosa, la
velocidad de salida en la sección del molde, el grado de ordenamiento de las
partículas de arcilla en distintos puntos de la pieza, su contenido de humedad y la
contracción de secado.”
Estas diferencias de contracción en la misma pieza, producen tensiones, las cuales si
superan la capacidad de deformación plástica de la arcilla y su resistencia mecánica a
la tracción, se producirán roturas de secado.
Para evitar estos problemas es necesario que la consistencia de la masa arcillosa
experimente el mínimo de variaciones posibles, para lo cual se debe mantener
constante su humedad como el porcentaje de arcilla y desengrasante.
Cuando se realiza la extrusión de un material arcilloso existen 4 tipos de fuerzas que se
oponen a la libre circulación del flujo llevando a la maquina a disminuir su rendimiento y
en consecuencia a requerir mas potencia eléctrica, estas fuerzas son: Las fuerzas de
rozamiento de la arcilla sobre la superficie del canal de la hélice, las fuerzas de
rozamiento de la arcilla sobre las paredes interiores del cilindro, las fuerzas del par
aplicado y las fuerzas de cohesión o fuerza de atracción existente entre las partículas
arcillosas.
21

2.2. MARCO CONCEPTUAL
2.2.1. SISTEMA ACTUAL
Figura 2-3. Mezcladora o amasadora utilizada en la humectación del proceso. [1]
La arcilla es homogenizada en la mezcladora, donde entra el material seco y se le va
adicionando agua de acuerdo a la cantidad de arcilla, este proceso es manual porque
se tiene una persona para que realice esta actividad, por lo tanto y teniendo en cuenta
lo expuesto anteriormente, la calidad del producto depende del trabajo que realice esta
persona.
La extrusión se realiza por medio de hélices, con este sistema se logra una producción
continua, se trabaja en vació y se consigue una mejor homogenización de la pasta ya
que la mayor parte de la arcilla que llega al final de la hélice, mas o menos del 50% al
85 % retrocede por el mismo canal o por el espacio existente entre la hélice y las
costillas todo lo cual produce un efecto de homogenización de la arcilla.
2.2.2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN
2.2.2.1. Sistema mecánico
Figura 2-4.Principales Zonas en proceso de extrusión. [1]
22

En el proceso de extrusión se tienen en cuenta tres zonas:
Zona de alimentación:
La arcilla es impulsada por aspas alimentadoras las cuales son las encargadas
de impulsar el material al interior del cilindro, en esta zona la hélice queda
descubierta en un 50% la parte superior dificultando el avance de la arcilla pero
para contrarrestar este inconveniente e incrementar el tiempo de desaireación el
paso de la hélice se hace ligeramente mayor que en las otras zonas.
Zona de compactación:
Esta a continuación de la zona de alimentación, aquí el cilindro envuelve por
completo a la hélice aumentando la fricción contra las paredes interiores de dicho
cilindro (camisas). A consecuencia de la fricción, los palets de la arcilla no giran a
la misma velocidad de la hélice y pronto son alcanzados por el flanco de
propulsión de dicha hélice que los empuja hacia adelante y sobre el que se van
remasando. El canal de la hélice, en esta zona esta vació en parte, pero a
medida que se avanza hacia la zona de compresión, la cantidad de material
remasado es mayor y los palets se van compactando produciendo una corriente
de aire evacuado hacia la cámara de vació a través del espacio existente en el
canal de la hélice.
El proceso de compactación esta terminado cuando todo el canal se ha llenado
de arcilla.
Zona de compresión y homogenización:
Al llegar a este punto el flujo se divide en dos partes: Una que continua hacia la
boquilla y otra que refluye hacia atrás, a través del canal helicoidal y del espacio
existente entre la hélice.
Como la presión en esta zona se incrementa permite la compactación de la
arcilla y como hay material que se devuelve entonces se logra una correcta
homogenización.
2.2.2.1.1. Forma de regulación.
El caudal extruído se regula por la carga que entra a la extrusora por medio del cajón
alimentador, donde el operario determina cual es la cantidad a extruir de acuerdo al tipo
de material que se va a elaborar en cada jornada.
No se tiene control de velocidad en las bandas y la dosificación no es uniforme, por tal
motivo se presenta calentamiento y desgaste en la superficie lateral de la extrusora así
como en las hélices de extrusión, también al no tener control sobre la velocidad de
extrusión se produce exceso de humedad en el material y por tal hecho agrietamiento
en el momento de secado.
23

El perfil de velocidades de la arcilla después de salir de la zona de homogenización y
compresión se muestra en la figura 2-5.
A
2 1 3
M
B C
1 2 3
Figura 2-5. Perfil de velocidades. [1]
1 2 3
Se observa que la velocidad es mayor en la periferia y se tiene en la zona central un
punto muerto.
Uno de los métodos empleados actualmente es reducir estas diferencias de velocidades
colocando frenos los cuales permiten que la velocidad sea homogénea en la salida de
la boquilla, pero esto conlleva a realizar inspecciones periódicas y paradas para
cambios y puesta a punto de las boquillas proceso que se hace frecuentemente
llevando a tener perdidas por producción y por gastos operativos. Cuando una boquilla
a sufrido desgaste por fricción en los dados, en los puentes y en los frenos, el material
no es el más óptimo este tiene desperfectos que se deben básicamente a las
diferencias de velocidades y a otros factores expuestos en los párrafos anteriores.
Al tener control sobre la velocidad se pueden corregir este tipo de imperfecciones sin
desmontar la boquilla de forma periódica y de esta manera se lleva a la maquina a estar
mayor tiempo disponible para producción.
2.2.2.1.2. Características de la instalación
Las extrusoras llevan en servicio 15 años, su envejecimiento ha cambiado los
parámetros nominales dados por el fabricante, debido a mantenimientos repetitivos,
cambio de accesorios por accesorios que no son originales etc.
2.2.2.1.3. Tiempo de funcionamiento
La maquina trabaja 10 hora diarias en un turno normal, las cuales no son continuas sino
escalonadas, produciéndose 10 paradas diarias, bien sea por horarios de descansos o
por paradas intempestivas que hacen que el consumo de corriente se eleve.
24

Este control de paradas se hace desembragando la maquina y dejando el motor trabajar
en vació para los dos turnos mas cortos.
La siguiente grafica muestra el consumo real de corriente del motor de la extrusora 2
durante una jornada laboral, viéndose picos pronunciados en el inicio de la jornada y en
la sexta hora. También se ve un descenso en el consumo en la segunda hora y en la
octava 8 debido a los tiempos de descanso donde el motor trabaja en vacio.
Figura 2-6.Consumo de corriente de un motor de 200 (hp). [1]
2.2.2.2. Principios físicos del proceso:
Aunque los conocimientos sobre el conjunto arcilla hélice son completamente empíricos
y a veces contradictorios y no han podido ser expresados mediante una fórmula
matemática, pues la arcilla, es algo variable e imprevisible, sin embargo al menos, se va
a tratar de conocer las fuerzas que intervienen en el avance de la arcilla en el interior
del cilindro las presiones y la velocidad en cada una de las zonas.
La impulsión de arcilla se basa en el principio del tornillo de Arquímedes, el ángulo de
ataque de la hélice es la encargada de llevar la arcilla de una zona de menor presión a
la de mayor presión como es la zona de compactación y homogenización.
Para realizar el estudio matemático se tiene en cuenta el tornillo de transmisión de
potencia.
Teniendo en cuenta los siguiente parámetros y las fuerzas que actúan en el procesó de
extrusión.
25

Figura 2-7. Fuerzas que actúan en tornillo de transmisión de potencia. [4]
Se supone que la carga W esta constituida por el peso de la arcilla junto con la fuerza
que ejerce la arcilla en retroceso.
El ángulo de la hélice esta relacionado con el avance del tornillo con la siguiente
formula.
Donde
dp Es el diámetro de paso
m Numero de entrada de la hélice
p Es el paso.
m.
p
tanα
=
π.
dp
La distancia axial recorrida en número de vueltas N 0 del tornillo es:
L axial =
N . m.
p
Las fuerzas que actúan en el proceso de extrusión se dividen en 4 grupos.
El primer grupo esta constituido por las fuerzas de rozamiento de la arcilla sobre la
superficie de la hélice. Como consecuencia de este rozamiento la arcilla tiende a quedar
fija sobre la superficie de la hélice girando con ella y describiendo una trayectoria
circular.
El segundo grupo esta constituido por las fuerzas de rozamiento de la arcilla sobre las
paredes interiores del cilindro y tienden a evitar el giro de la arcilla con la hélice
dejándola estacionada en un punto fijo sobre la superficie del cilindro.
0
[] 1
[ 2]
26

El tercer grupo esta constituido por el par de giro aplicado a la hélice. Estas fuerzas
actúan perpendiculares a la superficie de la hélice y empujan a la arcilla hacia adelante
siguiendo una trayectoria helicoidal.
El cuarto grupo esta constituido por la cohesión o fuerza de atracción existente entre las
partículas.
En la siguiente figura se puede observar la distribución de fuerzas actuantes en la
superficie de un punto de la hélice. Con sus proyecciones en los planos longitudinal y
tangencial.
Figura 2-8. Distribución de fuerzas actuantes en la hélice. [4]
Aplicando las leyes de newton para equilibrio se tiene:
Despejando se obtiene
− P . cos
α =
n
∑ F ( y)
= 0 [ 3]
( θ n ) * sen(
α)
+ μr
Pn
cos( ) 0 [ 4]
∑ F ( x)
= 0 [ 5]
Psen(
α)
+ P cos( θ ). cos( ) = 0 [ 6]
∑ M = 0 [ 7]
T T − T = 0 [ 8]
−W −
α
μr n n
T − R c
W
Pn
=
cos θ * sen(
α ) − μ sen(
α )
( )
n
r
[] 9
27

P
n
( θ )
( θ )
( θ )
( θ )
W * μ r . cos( α ) + cos n * sen(
α ) W * μ r + cos n * tan( α )
=
=
cos * cos( α ) − μ sen(
α ) cos − μ tan( α )
n
El momento torsor en la hélice estar a dado por:
T
R
r
cos(
θ n )
( θ ) − μ
dp Wdp μ r + * tan( α )
= P = *
2 2 cos tan( α )
De las ecuaciones de momentos se obtuvo que el momento en la hélice es el mismo
momento aplicado en el eje.
Por lo tanto el momento torsor total será
T
T
n
cos(
θ n )
( θ ) − μ
Wdp μ r + * tan( α )
= *
2 cos tan( α )
n
Al haber establecido el momento torsor o torque se puede obtener la potencia que se
transmite al tornillo empleando la siguiente formula.
Donde
Hp = TT
*ω
r
r
[ 13]
ω Es la velocidad angular a la que gira el tornillo
La eficiencia mecánica se define como la relación del trabajo mecánico a la salida
respecto al trabajo en la entrada.
e
f
trabajo de salida
=
trabajo de entrada
W . La
=
2π
. T
T
n
r
[ 12]
[ 14]
[ 11]
[ 10]
28

2.2.2.3. Análisis de presiones
Figura 2-9. Distribución de presiones. [1]
La grafica muestra la distribución de presiones en cada una de las zonas, en la zona de
alimentación la presión es muy baja, a medida que ingresa a zona de compactación la
presión se incrementa de forma lineal, En el inicio de la zona de compresión y
homogenización la presión alcanza el valor máximo en el alabe final de la hélice de
punta, ya en el final del cilindro la presión cae en un 10% de la presión máxima.
Si la caída de presión en el interior del cilindro es muy grande, el reflujo puede hacerse
tan intenso que llegue a igualar el flujo de transporte principal, haciendo que la maquina
se detenga.
2.2.2.4. Sistema eléctrico
Figura 2-10. Arranque Estrella-Triangulo. [5]
El arranque de los motores que superen los 50 kW. de potencia como el de las
extrusoras, el laminador, el cajón alimentador se realiza con un arranque estrella
29

triangulo mientras que los de baja potencia como las bandas transportadoras se
arrancan directo de la red.
En arranque estrella triangulo, la corriente de arranque equivale aproximadamente, a la
nominal del motor multiplicada por un factor de 1.3 a 2.7.
Lo anterior significa que el par de arranque en estrella triangulo se reduce a 1 3 o 1 4
del valor a la conexión directa.
Durante el tiempo de arranque en que se establece la conexión en estrella, el par
resistente tiene que ser muy inferior al par del motor. En La mayoría de ocasiones esto
equivale a arrancar en vació, o bien que el par resistente, durante el arranque de
estrella, sea reducido y no aumente rápidamente.
El paso de la etapa de estrella a la etapa de triangulo solo puede efectuarse cuando el
motor haya adquirido su velocidad de rotación nominal.
En el caso de los motores de gran potencia como los motores de la extrusora, se
arrancan en vació en la etapa de estrella y después de 6 seg. entra la etapa de estrella,
después se acciona el embrague que es el encargado de acoplar la carga.
Figura 2-11. Termografía realizada a los elementos eléctricos. [6]
La termografía de los contactores del motor de 7.5 (Hp) que acciona la mezcladora de
la línea 2 y el contactor que arranca el laminador de la misma línea se muestra en la
figura anterior, la conexión es estrella-triangulo, presenta excesos de temperatura
(80°C) el punto mas bajo y (140 °C) el punto mas alto; estos excesos de temperatura
se reflejan averías en el 50% de los contactores de los circuitos de de potencia de los
motores .
2.2.3. SISTEMA PROPUESTO
De acuerdo a los Ítems expuestos en el transcurso del documento, el sistema debe
garantizar o resolver los siguientes inconvenientes.
Porcentaje de rotura (material no conforme)
Reducción de paradas por mantenimiento
Reducción en consumos de energía tanto activa como reactiva.
30

Para resolver los problemas citados anteriormente se propone automatizar las líneas de
producción, buscando que la materia prima no tenga considerables variaciones, se
debe en primer lugar tener control sobre la dosificación de la carga de modo que esta
sea lo mas uniforme posible, en segundo lugar se debe automatizar el sistema de
humectación para que la calidad no dependa del estado de animo del operario y por
ultimo se debe tener un dispositivo que permita regular la velocidad de extrusión.
Dos problemas se deben atacar principalmente
1. La humectación
2. La velocidad de extrusión.
2.2.3.1. Humectación
De lo expuesto hasta el momento es claro que la consistencia depende de la cantidad
de agua adicionada a la arcilla y que el esfuerzo del motor es proporcional a la
consistencia, por lo tanto se hace necesario instalar un dispositivo que regule primero
que todo la carga y la mantenga constante, esto se logra colocando un variador de
velocidad al cajón alimentador para que pueda dosificar la carga y un dispositivo que
permita regular el caudal de agua entregado, así como la presión pues es importante
atomizar muy bien el agua para que esta se ligue mas rápidamente a la arcilla y sin
ningún contratiempo.
Figura 2-12. Sistema de humectación. [2]
El sistema que se propone es el mostrado en el anterior P&ID, consta de una
motobomba que regula el caudal y dos motores trifásico de corriente alterna, es un
proceso multi-variable tiene 2 entradas: la de arcilla seca que es suministrada a través
31

de una banda transportadora y el agua que es suministrada por una motobomba, el
motor 3 es el encargado de realizar la mezcla y la salida es arcilla con cierto porcentaje
de humedad.
El convertidor de frecuencia que controla el caudal en la motobomba es realimentado
por la corriente del motor de la mezcladora y por el transmisor de humedad relativa, de
acuerdo a estas variables, este tomara la decisión de aumentar o disminuir el caudal.
2.2.3.2. Velocidad de extrusión
Para seleccionar la forma de reducir los porcentajes de falla en el material no conforme
se tuvieron en cuenta los siguientes aspectos.
1. Conseguir una velocidad óptima para llevar el proceso a tener mejores productos
terminados, extruir a una velocidad que nos es la más adecuada hace que el
producto varié sus propiedades físicas causando desperfectos de fabricación los
cuales solo se ven cuando el producto esta terminado, el convertidor permite
buscar esta velocidad y de esta manera tener un estándar para los diferentes
productos y arcillas.
2. Cuando se realiza el cambio de boquilla de un formato grande a uno pequeño se
reduce la sección de salida de la boquilla aumentado la presión máxima y
bajando el rendimiento de la maquina, lo cual significa que se incrementa la
intensidad de reflujo y en consecuencia la cantidad de arcilla en retroceso y la
cantidad de potencia eléctrica suministrada.
Figura 2-13.Análisis termografico extrusoras líneas de producción (a) extrusora de bloque (b)
Extrusora de tableta 25 X 25 (c) Extrusora tableta 33 X 33 (d) Extrusora de teja. [6]
32

La mejor distribución de temperaturas y por lo tanto de esfuerzos, se presentan
en la extrusora de bloque, por tener mayor área de salida y por tal motivo menor
arcilla en retroceso.
La extrusora de teja reduce significativamente su área de salida, por lo tanto la
distribución de temperatura no es la mejor y se presentan altas temperaturas en
consecuencia del mayor rozamiento existente entre la arcilla empujada y la arcilla
en retroceso, presenta altos consumos de energía eléctrica y desgaste en los
elementos mecánicos de transmisión.
“En la práctica diaria, se observa que a medida que se reduce la sección de
salida de la boquilla, es decir, al pasar de ladrillo macizo a semi-macizo o hueco,
aumenta la presión máxima y baja el rendimiento de la máquina, lo cual significa
que se incrementa la intensidad de la corriente de reflujo y, en consecuencia, la
cantidad de arcilla en retroceso. Por lo tanto, al aumentar la presión se alarga la
zona de compresión en el interior del cilindro. Si se quiere mantener el
rendimiento será preciso aumentar la velocidad de la hélice instalando por
ejemplo variadores de frecuencia”. 2
3. Cuando una maquina que estaba diseñada para trabajar a su potencia nominal
ha envejecido, se hace necesario realizarle ajuste para que los esfuerzos que se
produzcan nos sean perjudiciales, uno de estos parámetros es la regulación en
los arranques, realizar un arranque suave reduce el golpe de ariete presente en
los engranajes por cambios bruscos en la aceleración, regular la velocidad del
proceso para trabajar de una forma mas continua pero mas suave, proporciona
una disminución significativa de las averías y minimizara el numero de paradas
en el proceso de producción, además de conseguir mejoras en la calidad del
material
Es claro que se necesita variar la velocidad para mejorar el producto, para reducir el
consumo de energía, para mejorar la disponibilidad de la maquina. Pero ¿cual es la
forma más eficiente de realizar este proceso?
Existen varios métodos de regular la velocidad los más conocidos son variando el
numero de polos, el voltaje y la frecuencia, estos se trataran con mas detalle en el
marco teórico.
Pero en nuestro caso cual de los tres métodos seria el más satisfactorio, y cuales son
las ventajas de cada uno de ellos.
A continuación se exponen las principales ventajas y desventajas de cada uno de los
métodos mas conocidos de regulación de velocidad en los motores de corriente alterna.
2 Tomado textualmente del libro Beralmar Pág. 148
33

MÉTODO VENTAJAS DESVENTAJAS
El control es muy fácil Voluminoso
Variar el número
Variación de velocidad por saltos
de polos
Antieconómico (mayor costo en el
Relativamente económico
Fácil control
motor)
2
Disminuye el par en el eje ( M ∞ V )
Disminuye la Rigidez de la
Característica Mecánica, afectando la
estabilidad
Variar la tensión
Disminuye el par critico, por lo que no
es recomendable a todo tipo de carga,
preferentemente a cargas cuadráticas
Variar la
frecuencia
⎛
⎜
⎝
V
f
⎞
⎟
⎠
Alto diapasón de regulación
Gradualidad
Trabajo con cualquier tipo de carga
Alta estabilidad (Rigidez Constante)
Arranques y paradas suaves
Posibilidad de control y
comunicación.
Máximo aprovechamiento de la
potencia aparente.
Mayor control del proceso
2
tipo ventilador ( M ∞ ϖ )
Complejidad
Relativamente Costo
Tabla 2-1.Ventajas y desventajas de los métodos para variar la velocidad
En el sistema se propone colocar variadores de velocidad de la siguiente forma:
Variador de velocidad de 200 ( kW ) para la extrusora
Variador de velocidad de 6 ( kW ) para las bandas transportadoras
Variador de velocidad de 26 ( kW ) para el cajón alimentador y la mezcladora
Arrancador Suave 57 ( kW ) para el motor del laminador
En el anexo (1) se puede ver el diagrama de fuerza del sistema
Inicialmente el proceso se controlara de forma manual, donde por medio de pruebas se
hallara la velocidad optima para cada tipo de arcilla, este proceso llevara a conseguir
mas datos para que una próxima fase con la instalación de algunos sensores y el
conocimiento adquirido hasta el momento el proceso se controle de forma autónoma.
De acuerdo a valores de corriente y velocidad el operario tomara la decisión sobre las
variables a controlar.
Carga
Humectación
34

Velocidad de extrusión.
La velocidad se empezara a estandarizar de acuerdo a los resultados obtenidos en las
pruebas de laboratorio las cuales son:
Contracción de secado
Contracción en el producto cocido
Porcentaje de humedad
Consumos de corriente
Desgastes.
Se obtuvieron los modelos matemáticos del convertidor y del motor de corriente alterna
de inducción, los cuales tienen una marcada importancia para analizar y diseñar
sistemas de accionamiento eléctrico. 3
La figura siguiente muestra el diagrama estructural generalizado convertidor motor,
cuyas ecuaciones que lo modelan son las siguientes:
KC * U ( S ) = ( Tes
+ 1)
W1(
S ) [ 15]
( Tes ) * M e(
s)
= β ( W1(
s)
−W
( s)
[ 16]
)
( s)
− M ( s)
= βT
sW ( s)
[ 17]
M e
C
m
Figura 2-14. Diagrama de bloques del sistema. [7]
Para el sistema de control por frecuencia del motor asíncrono de CA se tiene:
m
T ≈ 0 [ 18]
; T = [ 19]
; β = [ 20]
C
e
1
W1S
3 Fundamentos en sistemas de control a automático Pág. 82
m
2M
W1S
m
35

3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1. PRIMERA ETAPA: ESTUDIO DE VIABILIDAD Y
FACTIBILIDAD.
3.1.1. DESCUBRIMIENTO
Se identificaron los procesos del proyecto, los materiales y características físicas de la
arcilla, los recursos logísticos y financieros con los que cuenta la organización.
Con estas características del proceso se tuvieron en cuenta criterios como impacto,
presión, comportamiento y factibilidad de cambio.
IMPACTO: Se refiere a cuanto cuesta, cuanto afecta, se definió este valor considerando
el impacto en la calidad del producto, impacto en costos de mantenimiento, impacto en
disponibilidad, e impacto en ahorro esperado.
PRESIÓN: Se refiere a la presión que se tiene puede ser de tiempo o de terceros.
FACTIBILIDAD DE CAMBIO: Se refiere a la viabilidad, posibilidad o manejabilidad que
tiene un proceso para ser modificado.
3.1.2. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN
Se identificaron los aspectos que permiten medir cada proceso y se inicio con la
recopilación y clasificación de los datos que afectan la calidad del producto.
Esta toma de información se realizó con el personal de apoyo de la empresa, tomando
consumos de corriente en el motor de 150 (Hp) pertenecientes a la extrusora de al línea
de producción 1 teniendo en cuenta variables como humectación, flujo de arcilla,
velocidad del motor y área de salida en al boquilla.
Para cada clase se tuvo en cuenta el arranque del motor y los consumos promedios
durante el día.
Para recopilar la información se recurrió a la estadística con el fin de conocer la
cantidad de datos o muestras que se debían tomar para cada clase, teniendo en cuenta
la frecuencia de cambio.
36

VARIABLES FUNCIÓN FRECUENCIA DE
NUMERO DE
CAMBIO
MUESTRAS
CORRIENTE HUMECTACIÓN 2 MINUTOS 60
CARGA 15 MINUTOS 10
ÁREA DE
SALIDA
1 DIA 30
ARRANQUE 0.5 SEGUNDOS 20
VELOCIDAD 0.5 DÍAS 30
Tabla 3-1. Relación entre frecuencia de cambio y numero de muestras
Para clasificar la información y depurarla se recurrió a la media aritmético o valor
promedio con el fin de encontrar la corriente promedio para cada proceso. 4
De todos modos se presenta tablas donde se muestra el consumo de energía en una
hora determinada.
Por ejemplo en las tablas del anexo (2) se muestra el consumo de corriente en 9
segundos, en un día y durante el mes de acuerdo a las variables estipuladas en los
párrafos anteriores.
En las tablas se logra apreciar la corriente promedio durante el día, el mes y la corriente
promedio en el arranque.
El mismo ejercicio se hizo para todos los datos obtenidos. Teniendo en cuenta que a
cada uno de los datos presente en la tabla se tomaron varias medidas de la misma
clase y se tomo la media aritmética de cada una de ellas.
El mismo ejerció se hizo para tomar los porcentajes de falla y material no conforme.
MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC TOTAL % PR FALLA
RAJADO 14.335 13.069 15.334 15.426 14.563 17.482 15.330 13.112 118.651 39%
TORCIDO 11.872 12.144 13.490 13.287 12.341 5.749 8.644 7.138 84.665 28%
DESPUNTE 4.562 4.919 4.439 5.092 2.383 2.053 2.180 2.777 28.405 9%
PISO 9.450 9.447 9.649 10.031 10.462 8.936 9.339 8.613 75.927 25%
TOTAL 40.219 39.579 42.912 43.836 39.749 34.220 35.493 31.640 307.648 100%
Tabla 3-2. Relación en
2
m de material no conforme
3.1.3. ANÁLISIS DE DATOS Y ESTUDIO TÉCNICO ECONÓMICO
La mejor forma de analizar los datos es llevarlos a un grafico observar el
comportamiento de este y compararlo con los demás datos obtenidos.
4 Se encuentra más detallado http://www.itl.nist.gov/div898/strd/general/dataarchive.html
37

Los datos a analizar son:
Corriente del motor variando:
Arranque
Carga
Velocidad de extrusión
Área de salida
Humectación
Material no conforme
Disponibilidad.
Ahorro esperado
3.1.3.1. Consumos de corriente en el motor.
3.1.3.1.1. Corriente de arranque
CORRIENTE (A)
500
400
300
200
100
0
CONSUMO DE CORRIENTE EN EL ARRANQUE (A)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5
TIEMPO (S)
Figura 3-1. Corriente de arranque en un motor de 200 Hp. [2]
La corriente de arranque en un motor es la que mas produce armónicos y consumos
excesivos de potencia reactiva en la red, la grafica muestra el consumo de corriente en
10 segundos que es el tiempo que toma la maquina en ir de su estado de reposo a su
máxima potencia.
El arranque como se había descrito en párrafos anteriores se realiza en dos fases:
arranque en vació y a plena carga.
Se ven tres picos de corriente el primero es cuando el motor arranca en estrella, un
temporizado inicia el conteo y pasa a triangulo que es cuando se produce el segundo
pico de corriente, a los 5.5 segundos el motor ha arrancado en vació y ha vencido la
inercia, en ese momento el operario acciona el embrague y el motor arranca a plena
carga y en este punto se vuelve a presentar el tercer pico de corriente.
38

Figura 3-2. Grafico comparativo de los métodos de arranque de motores trifásicos asíncronos
jaula de ardilla. [8]
Los motores asíncronos pueden soportar perfectamente estos valores tan elevados de
corriente de arranque. Por otra parte si la red eléctrica que alimenta el motor no es muy
potente en comparación con el, estos valores tan elevados de corriente de arranque
provocan caídas de tensión no permisibles en las líneas de alimentación haciéndose,
por lo tanto necesario reducir la corriente de arranque de estos casos.
Cuando se requiere reducir la corriente de arranque la necesidad no surge en el motor
sino en la red de alimentación.
De acuerdo con esto existen dos tipos de arranque del motor asíncrono da jaula: el
directo a la línea cuando la red de alimentación soporta las corrientes de arranque y a
tensión reducida cuando no es necesario limitar esta corriente a causa de las caídas de
tensión.
El método directo es una técnica que no tiene ningún tipo de control sobre la corriente
curva 4.
El arranque estrella triangulo ofrece buen arranque pero cuando se realiza el cambio, la
corriente es de 3 a 4 veces la corriente nominal.
En el grafico se puede apreciar claramente que el método de arranque mas eficiente es
el que ofrece el variador de velocidad, puesto que la corriente de arranque crece de
forma proporcional y no tiene grandes picos.
39

3.1.3.1.2. Corriente de acuerdo a la carga
corriente (A)
190
185
180
175
170
165
160
155
150
145
Consumo de Corriente Vs Carga
2.65 2.9 3.2
Carga m3/min
3.5 3.82
Figura 3-3. Consumos de corriente con respecto a la carga. [2]
Para la carga mínima el consumo de corriente es de 159.5 (A) y para la carga máxima
es de 185 (A), por lo tanto se hace necesario instalar un variador de velocidad en el
cajón alimentador y en las bandas con el fin de poder tener control en la carga
suministrada a la línea de moldeo y de esta forma mantener uniforme el consumo de
corriente eléctrica.
3.1.3.1.3. Corriente de acuerdo a la velocidad
Figura 3-4. Consumos de corriente tomado durante 29 días teniendo en cuenta la velocidad. [2]
En esta grafica se observan los consumos de corriente durante 1 mes, se percibe que la
corriente disminuyo cuando la velocidad bajo, esto fue posible cuando se tuvo que
trabajar con las plantas de generación de energía con las que cuenta la empresa.
Es claro el concepto que dice:”la corriente disminuye al disminuir la velocidad”
40

3.1.3.1.4. Área de salida
La extrusora de la línea 2 trabaja con dos formatos básicamente: el formato 40 x 40 y
formato 33 x 33, la siguiente grafica se observa el consumo de corriente de la extrusora
trabajando con los dos formatos.
CORRIENTE (A)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
CONSUMO DE CORRIENTE (A)
0.00
0.30
1.00
1.30
2.00
2.30
3.00
3.30
4.00
4.30
5.00
5.30
6.00
6.30
7.00
TIEMPO (HORAS)
Figura 3-5. Consumo de corriente vs. Tiempo variando el área de salida. [2]
La maquina inicio su jornada trabajando con la boquilla para producir tableta 33 x 33, la
2
cual tiene un área de salida de 1089 cm ,en la mitad de la jornada se paso al formato
2
de tableta 40 x 40 que tiene un área de salida de 1600 cm , cundo se realiza este
cambio el consumo de corriente disminuye, por que la arcilla pasa con mayor facilidad a
través de una mayor área de salida mejorando el rendimiento en el motor eléctrico,
pues la arcilla en retroceso es menor.
3.1.3.1.5. Humectación
Al realizar el estudio de las fuerzas que actúan en el proceso de extrusión se tiene en
cuenta las fuerzas de cohesión o atracción entre las partículas, cuando estas fuerzas
son menores a las fuerzas de adhesión del canal de la hélice, entonces tiende a
pegarse y aumentan por lo tanto la corriente en el motor.
41

Figura 3-6. Variación de consistencia en función de la humedad. [1]
En la figura pueden apreciarse tres curvas según W.E Brownel, obtenidas con el
pantógrafo de Brabender, en las que se relaciona la variación de la consistencia en
función del contenido de humedad, dicho aparato consiste esencialmente en una
pequeña amasadora en la que se deposita el material seco y se van agregando
cantidades crecientes de agua midiendo la consistencia obtenida a través del par o
esfuerzo desarrollado por la amasadora.
De las tres curvas, dos corresponden a una arcilla desfloctuada y sin desfluctuar y la
tercera a un material carente de plasticidad.
Puede observarse que al agregar agua a las arcillas no se consigue un incremento
apreciable de la consistencia hasta que se alcanzan porcentajes de humedad
relativamente altos entre el 18% y el 20%.
Figura 3-7. Partícula Arcillosa en la primera fase. [1]
Durante el periodo inicial el agua es absorbida por las partículas arcillosas formando
una capa rígida como si fuese una partícula sólida.
42

Figura 3-8.Partícula arcillosa segunda fase. [1]
A medida que se incrementa el número de capas de agua que envuelven a la partícula
arcillosa van perdiendo rigidez hasta que sobre el 18% comienza a aparecer moléculas
de agua libres entre partícula y partícula.
Figura 3-9.Partícula arcillosa fase final. [1]
La atracción capilar entre el agua libre y el agua ligada a la superficie de las partículas
arcillosas determinan un rápido incremento de la cohesión o fuerza de unión entre
partículas hasta alcanzar el punto de máxima consistencia; si se continúa agregando
agua, la sección de los capilares aumenta hasta alcanzar el punto de máxima
consistencia. Si se continúa agregando agua, la sección de los capilares aumenta y la
atracción capilar disminuye, apreciándose en las curvas un rápido descenso de la
consistencia arcillosa.
3.1.3.1.5.1. Absorción de agua:
Las probetas luego de cocidas son colocadas en un recipiente con agua, y puestas a
hervir durante 3 horas; luego se dejan en reposo dentro del recipiente durante 24 horas.
Son sacadas, se dejan escurrir, se secan con un paño y por ultimo son pesadas W abs
De acuerdo al peso cocido y peso absorbido se calcula el porcentaje de absorción de
agua:
43

Wabs
−W
% ABSORCION DE AGUA =
W
co
co
* 100
De donde:
W : Es el peso de la probeta después de haberse hervido en agua.
abs
W : Es el peso de la probeta luego de cocida.
co
[ 24]
ABSORCIÓN DE AGUA MÁXIMO %
ARCILLA PARA PISOS 10
ARCILLA PARA BLOQUE 10
ARCILLA PARA TEJA 10
Tabla 3-3. Porcentaje de absorbición de agua.
3.1.3.2. Material no conforme
9%
TIPOS DE FALLA PRESENTES EN LCB
25%
28%
RAJADO TORCIDO DESPUNTE PISO
38%
Figura 3-10. Porcentajes de falla presentes en las líneas de moldeo. [9]
El mayor porcentaje de falla se presenta en el material rajado y en el material torcido,
correspondiendo al 66% de material defectuoso, este porcentaje se presenta bien sea
por manipulación o por la calidad de la extrusión, como se había mencionado en los
párrafos anteriores.
Figura 3-11. Tipos de material agrietado. [1]
44

Las fracturas se presentan porque el material sobrepasa los límites de contracción en
secado como en cocido.
3.1.3.2.1. Contracción al secado:
Figura 3-12.Material que ha superado la contracción en secado. [1]
Las probetas se secan a peso constante, posteriormente se les miden los dos puntos en
el centro marcados inicialmente ( LS ) y por ultimo se pesan. Con base en la medida de
los dos puntos se calcula la contracción al secado, para lo cual se emplea la siguiente
fórmula:
LC − LS
% CS = * 100 [ 21]
LS
De donde:
CS : Contracción al secado
LC : Longitud o distancia entre los puntos marcados en la probeta.
LS : Longitud o distancia entre los puntos marcados en la probeta después de seca.
CONTRACCIÓN AL SECADO MÁXIMO % MÍNIMO %
ARCILLA PARA PISOS 7.5 5.5
ARCILLA PARA BLOQUE 7.0 5.0
ARCILLA PARA TEJA 7.0 5.0
Tabla 3-4. Porcentajes de contracción al secado
3.1.3.2.2. Contracción al cocido:
A las probetas después de cocidas en el horno, se les mide los dos puntos en el centro
marcados inicialmente ( LC 0 ) y por ultimo se pesan (Wco).Con base en la medida de
los dos puntos se calcula la contracción al cocido, mediante la siguiente formula:
LC0
− LC0
% CC =
LCO
* 100
[ 22]
45

De donde:
CC : Contracción al cocido.
LC 0 : Longitud o distancia entre los puntos marcados en la probeta después de seca.
LC 0 : Longitud o distancia entre los puntos marcados en la probeta después de cocida.
CONTRACCIÓN AL COCIDO MÁXIMO % MÍNIMO %
ARCILLA PARA PISOS 4.5 1.5
ARCILLA PARA BLOQUE 2.8 1.5
ARCILLA PARA TEJA 2.5 1.5
Tabla 3-5. Porcentaje de contracción en cocido
3.1.3.3. Disponibilidad
Figura 3-13. Disponibilidad febrero. [9]
Figura 3-14.Disponibilidad marzo. [9]
46

La disponibilidad es la probabilidad que tiene un sistema de cumplir con su función de
diseño en un momento determinado, también se dice que es la relación de tiempo de un
sistema en servicio vs tiempo total de operación del sistema. 5
Para entender un poco mejor se tienen en cuenta los diagramas de tiempo en donde se
describe el tiempo normal de operación de un sistema equipo o planta.
Figura 3-15. Diagrama de tiempo. [10]
1. TES. Tiempo en servicio.
2. TFS: Tiempo fuera de servicio.
3. TPF: Tiempo promedio para fallar
4. TPR: Tiempo promedio para reparar
5. TAD: Tiempo administrativo.
Con la instalación de sistemas que permitan variar la velocidad se desea aumentar el
tiempo en servicio de las maquinas, que se ve afectado principalmente por fallas en
engranajes, rodamientos, elementos de desgaste y daños eléctricos por fallas en
contactores.
Actualmente para lograr una disponibilidad mayor se realizan mantenimientos
preventivos basados en tiempo donde se programa paradas de la maquina con el fin de
evitar que esta falle.
5 Material de apoyo IMOSI .Introducción a la detección y diagnostico de fallas en la industria
47

3.1.3.4. Ahorro esperado
El ahorro esperado se define de acuerdo al siguiente diagrama, donde se tienen 3 Ítems
consumo de energía, calidad del producto y mantenimiento.
Figura 3-16. Diagrama de ahorro esperado. [2]
3.1.3.4.1. Mantenimiento:
3.1.3.4.1.1. Vida útil de los elementos
Figura 3-17. Velocidad Vs desgaste. [8]
En el mantenimiento preventivo o programado se realizan actividades estándar ya que
por fricción estos elementos estuvieron sometidos a desgaste y son los que necesitan
ser sustituidos con cierta periodicidad, al reducir la velocidad disminuye la fuerza de
48

fricción y por lo tanto los elementos tendrán menor desgaste y su vida útil se
prolongara.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresión se denomina ley
de Stokes
Donde η es la viscosidad del fluido.
F r
= 6πRηV Por lo tanto si se tiene menor velocidad la fuerza de rozamiento disminuirá
significativamente y por lo tanto también lo hará la corriente.
Se tomo un porcentaje estimado del 20% en incremento de vida útil simplemente
porque se desea disminuir en un 20 % la velocidad y como esta es proporcional a la
fuerza de rozamiento se espera que esta disminuya también en un 20%.
En el anexo (3) se dan a conocer los valores estimados en costos de reconstrucción,
cambio de elementos de desgaste entre otros.
En resumen se tienen los siguientes valores
[ 25]
Tabla 3-6. Resumen de costos por reducción en mantenimiento
3.1.3.4.2. Disponibilidad
Cuando se logra que la maquina este disponible mayor cantidad de tiempo, esta logra
cumplir con la función que fue creada, cuando los mantenimientos preventivos se
realizan de acuerdo a lo estipulado y cuando la maquina no trabaja forzada se puede
llegar a aumentar el tiempo en servicio que se expresa como productividad y la
productividad lleva tener mayores ingresos.
Al lograr incrementar la vida útil a los elementos de desgaste en un 20% se consigue
tener la maquina disponible 47.4 horas al año más que en la actualidad.
Para llevar este valor a ingresos se tuvieron presentes los siguientes datos.
49

Tabla 3-7.Datos para calculo de ingresos por mayor disponibilidad
En resumen se tiene una ahorro esperado en disponibilidad $3´735.547 Mensuales
3.1.3.5. Consumos de energía
Figura 3-18. Grafico de potencias. [2]
Los motores trifásicos absorben de la red potencia aparente, es la energía total de un
sistema sumando vectorialmente las potencias activas y reactivas y se utiliza como
unidad de medida en los equipos de gran potencia tales como plantas de emergencia,
transformadores, generadores etc.
S =
L L
3 * V * I KVA
La potencia activa es transformada en potencia mecánica, por lo tanto es la que
realmente realiza el trabajo, su unidad de medida es el Watio y siempre esta en fase
con el vector tensión.
P =
L L
3 * V * I * cos( φ)
KW
[ 26]
[ 27]
50

La potencia reactiva sirve solamente para formar el campo magnético, es decir para
magnetizar el motor, por lo tanto no realiza trabajo, pero esta presente en el proceso
físico debido a la naturaleza de las cargas.
Q = L L
3 * V * I * sen(
φ)
KVAR
Los datos para realizar el estimado de ahorro de energía se muestran en la siguiente
tabla.
[ 28]
Tabla 3-8. Datos para cálculo de ahorro en energía
Tomando un 20% de ahorro en corriente para este tipo de carga, teniendo en cuenta
ahorros en arranques, ahorro en tiempos en los cuales se puede apagar el motor, entre
otros.
51

Figura 3-19. Grafico de corriente actual menos corriente con el variador. [2]
Se toma como la diferencia entre la grafica de corriente actual menos la corriente
esperada con el variador.
En esta tabla se enlistan los costos en energía de un motor de 200 Hp.
Tabla 3-9.Costos por consumo en el motor de la extrusora 2
Tomando la diferencia entre el costo real y el costo esperado se obtienen los siguientes
valores en ahorro de energía.
52

Tabla 3-10.Ahorro en consumo de energía instalando variadores de velocidad
3.1.3.5.1. Calidad
El moldeo es uno de los factores que se debe hacer con mayor cuidado con el fin de
evitar daños en el material en las fases más caras del proceso.
El porcentaje de falla es del 9.1% con el variador de velocidad se desea disminuir ese
porcentaje al 8.1% buscando tener mayores ingresos y menores desperdicios en
materia prima.
Tabla 3-11. Ahorro esperado por mejor calidad en el producto
En conclusión y resumiendo todos los ahorros obtenidos, por los ítems antes
mencionados se tiene el siguiente ahorro consolidado.
Tabla 3-12.Ahorro esperado consolidado
53

De los datos obtenidos y realizando un estudio estadístico y teniendo en cuenta
retornos de inversión se llego a la siguiente grafica. 6
Figura 3-20. Retorno de inversión. [2]
De la grafica y del estudio estadístico y teniendo en cuenta el costo con devaluación se
puede ver claramente que un Variador de $ 40.000.000 tiene retorno de inversión en
tres meses, evaluando ahorros en energía, mantenimiento y producción.
6 http://www.itl.nist.gov/div898/strd/general/dataarchive.html
54

3.1.4. ANÁLISIS DE PROBLEMAS POTENCIALES.
Cuando el problema es potencial debemos adelantarnos a la falla y darle la solución
más adecuada para evitar posibles paradas de planta innecesarias.
El diagrama de esfuerzos permite ver hacia donde va el proceso si esta mejorando o
empeorando
Figura 3-21. Diagrama de esfuerzos. [2]
Hay tres parámetros que pueden llevar al proceso a desmejorar, el primer parámetro
tiene que ver con el aislamiento.
55

3.1.4.1. Aislamiento
Este parámetro debe evaluarse cuando se quiere implementar un dispositivo de
regulación de velocidad porque las altas pulsaciones a las que esta sometido puede
dañar el aislamiento en el motor.
Figura 3-22. Dispositivo para evaluar aislamiento en motores. [2]
Cuando hablamos de aislamiento nos referimos a la resistencia que existe entre este y
tierra (RTG). La RTG indica que tan sano esta el aislamiento.
Para que se de una falla a tierra, deben ocurrir 2 cosas: Primero debe crearse un
camino de conducción a través del aislamiento, conforme el aislamiento envejece se
fisura y posibilita que se acumule material conductivo. Segundo la superficie exterior
del aislamiento se contamina de material conductivo y conduce suficiente corriente de la
carcaza o núcleo del motor que esta conectado a tierra.
La máxima temperatura de un motor depende principalmente de los materiales usados
en su construcción, existen varias clases, pero los más usados son:
Aislamiento del motor B 130°
Aislamiento del motor F 155°
Aislamiento del motor H 180°
La IEEE basa los limites de aislamiento a una temperatura de 40°C, también indica que
se debe calcular la polarización Index (PI), es el valor tomado a los 10 minutos entre el
valor de 1 minuto, básicamente de una indicación de la pendiente del perfil del índice de
polarización; un (PI) de 2 según IEEE es aceptable para aislamientos clase B, F y H.
56

Figura 3-23. Índice de polarización del motor de la extrusora 2. [11]
La ilustración muestra el índice de polarización del motor de la extrusora 2, tiene
contaminación severa y posible resquebrajamiento del aislamiento.
3.1.4.1.1. Distorsión de armónicos en las redes
La proliferación de equipos que incorporan “convertidores electrónicos de potencia”, ha
dado lugar a un tipo de consumo en las redes, donde las ondas se apartan
notablemente de la forma senoidal. Decimos entonces que la corriente contiene
armónicos y surgen una serie de preguntas tales como: ¿Cómo afecta la presencia de
armónicos al funcionamiento de una instalación?, ¿provocan consumo de potencia?,
¿se deterioran los equipos por el hecho de existir armónicos?, ¿tiene algún coste el
hecho de que haya armónicos?, ¿quién es el culpable de que existan dichos
armónicos? etc. 7
3.1.4.1.1.1. Origen y efectos de los armónicos
El origen del problema de armónicos son los receptores que consumen corrientes
distorsionadas (no senoidales). A pesar de que la tensión en origen suele ser senoidal,
las caídas de tensión provocadas por dichas corrientes no senoidales hacen que en los
puntos de consumo (PCC, “Point of common coupling) se tenga una tensión
distorsionada y por tanto los usuarios conectados a la red distorsionada sufren los
efectos de los usuarios que generan la distorsión de corriente.
7 J. Balcells, Profesor
Titular del Departamento de Ingeniería Electrónica UPC. Asesor Técnico de Circutor S.A
57

Figura 3-24. Armónicos de corriente y armónicos de tensión. [12]
La presencia de armónicos en la red tiene varias consecuencias. Las más importantes
son las siguientes:
a. Deterioro de la calidad de la onda de tensión, afectando a algunos receptores
sensibles.
b. Empeoramiento de factor de potencia. La capacidad de la red para suministrar
potencia se ve limitada por ello.
c. Sobrecarga de cables y sobre todo de transformadores (aumento muy
significativo de las pérdidas en el hierro)
Para garantizar un suministro con unos límites de calidad de onda y con unas pérdidas
aceptables, la distorsión de tensión debe limitarse a ciertos valores dados por normas
internacionales (IEC-EN en Europa y IEEE en Estados Unidos). Concretamente para el
entorno industrial la norma europea que regula la calidad de onda de tensión en lo que
a armónicos se refiere es la IEC-61000-2-4 (Niveles de compatibilidad en plantas
industriales para perturbaciones conducidas de baja frecuencia). La tabla 14 indica los
límites de calidad de onda o límites de compatibilidad establecidos por dicha norma
para el entorno industrial en BT. Las distintas clases mencionadas en dicha tabla
corresponden a:
• Clase 1: Entorno industrial previsto para alimentación de equipos electrónicos
sensibles
• Clase 2: Entorno industrial normal. Límites habituales para redes públicas
• Clase 3: Entorno industrial degradado (generalmente por la presencia de
convertidores). No apto para alimentación de equipos sensibles.
58

Orden del
armónico
H
Clase 1
Un[%]
Clase 2
Un[%]
Clase 3
Un[%]
2 2 2 3
3 3 5 6
4 1 1 1,5
5 3 6 8
6 0,5 0,5 1
7 3 5 7
8 0,5 0,5 1
9 1,5 1,5 2,5
10 0,5 0,5 1
>10 múlt. 0,2 0,2 1
de 2
11 3 3,5 5
13 3 3 4,5
15 0,3 0,3 2
17 2 2 4
19 1,5 1,5 4
21 0,2 0,2 1,75
>21 múlt. 0,2 0,2 1
de 3
23 1,5 1,5 3,5
25 1,5 1,5 3,5
>25 no múlt 0,2+12,5/h 0,2+12,5/h 5 x (11/h) 1/2
de 2 ni 3
THD(V) 5% 8% 10%
Tabla 3-13.Límites de compatibilidad: Armónicos de tensión (Un%) en redes industriales de BT
3.1.4.1.1.2. Límites de armónicos para los receptores industriales
El problema de armónicos tiene dos vertientes. Por un lado la compañía distribuidora
debe garantizar una cierta calidad de la onda de tensión, pero por otra parte son los
propios consumos de los usuarios los que deterioran dicha calidad de onda. No
obstante, no hay que olvidar que el deterioro de la onda de tensión depende de dos
factores: De los armónicos de corriente consumidos por el usuario (responsabilidad del
usuario) y de la impedancia de la red en el punto de distribución (responsabilidad de la
compañía suministradora). Es lógico pues que las normas IEC-61000-3-4 (Europa) y
IEEE-519 (USA), que limitan la máxima cantidad de armónicos de corriente que un
receptor o una instalación pueden absorber de la red, lo hagan en función de la
impedancia de la red o si se prefiere de la potencia de cortocircuito, que es un índice de
dicha impedancia.
59

La medida de la potencia de cortocircuito y de los armónicos de corriente debe hacerse
en el punto de conexión a la red pública, denominado, PCC (Point of common coupling).
Así pues el usuario debe interesarse por limitar las posibles distorsiones adicionales
dentro de su instalación, procurando que la impedancia de su red de distribución sea lo
más baja posible. Hay que recalcar que dicha impedancia suele depender básicamente
de la inductancia por metro de las líneas de distribución, parámetro que puede estar
muy degradado en caso de que los cables de las distintas fases estén muy separados
entre sí.
Las tablas 3-14, 3-15,3-16. dan un resumen de los límites establecidos por la norma
IEC-61000-3-4 (Europa), relativos a corrientes armónicas que pueden consumir las
instalaciones industriales. Para comprender dichas tablas damos a continuación
algunas definiciones.
• Potencia de cortocircuito S cc : Es un indicador de la impedancia propia de la
red, se define como:
nom
S = [ 29]
cc
2
U
Z
cc
• Potencia nominal del equipo S equ : Se calcula de distinta forma según el tipo de
carga:
Sequ Sequ U fase−
N . I equ
U fase−
fase.
I equ
[ 30]
[ 31]
. U . I [ 32]
= Para equipos entre fase y neutro
= Para equipos entre fase y fase
Sequ = 3 fase−
fase equ Para equipos trifásicos equilibrados
• Relación de cortocircuito R sce : Es un índice de la carga que supone un equipo
en la red. Se define como:
S
R sce =
3Sequ Para equipos entre fase y neutro
S
R sce =
2S equ
Para equipos entre fase y fase
S
R sce =
S
Para equipos trifásicos equilibrados
sc
[ 33]
sc
[ 34]
sc
[ 35]
equ
• Distorsión armónica total THD%. Se define como:
60

2
2.. 40 ⎟
1
⎟
⎛ Ih ⎞
THD = h=
⎜ I
% 100.
S ⎜ [ 36]
⎝
⎠
• Distorsión parcial ponderada PWHD: Para la norma citada (IEC-61000-3-4) se
usa la distorsión ponderada de los armónicos 14 al 40:
2
14.. 40 ⎟
1
⎟
⎛ Ih ⎞
THD = h = ⎜ I
% 100.
S ⎜ [ 37]
⎝
⎠
Tabla 3-14. Valores límites de emisión para equipos de I >16A cuando Sequ≤Ssc/33
61

Tabla 3-15.Límites de emisión para equipos monofásicos o trifásicos desequilibrados con Rsc>33
Tabla 3-16.Límites de emisión para equipos trifásicos equilibrados con Rsc>33
La solución del problema no deber ser el resignarse a pagar un recargo, sino que debe
evitarse este consumo adicional, con sus correspondientes pérdidas y la necesidad de
ampliación de las redes de distribución. La alternativa son los filtros de armónicos, que
reducen la ondulación de la corriente a límites tolerables, para los cuales los efectos de
dichos armónicos no sean significativos. Como siempre la solución es un compromiso
entre la eliminación de ondulación de corriente y el coste del filtro. La eliminación total
es muy costosa, pero la reducción hasta alcanzar los límites de compatibilidad es
perfectamente justificable económicamente.
3.1.5. BÚSQUEDA EN EL MERCADO DE LOS CONVERTIDORES
DE FRECUENCIA:
De acuerdo a la teoría desarrollada y a las necesidades que presenta la planta se
decidió iniciar la búsqueda de dos empresas distribuidoras de convertidores de
frecuencia (DANFOS Y SIEMENS), para la evaluación de las propuestas se tuvieron en
cuanta los siguientes aspectos:
Soporte técnico
Capacidad de adquisición de variadores
Instalación del equipo
62

Capacitación del personal en manejo, operación y programación de los
variadores.
Costo (anexo 4)
La distribuidora de Siemens en la región es SENSOMATIC del oriente que tiene su
sede en Bucaramanga y la de Danfos es DISASEL que tiene su sede en Cúcuta.
El anexo (5) muestra las principales características de los tipos de convertidores.
63

4. MARCO TEÓRICO
4.1. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA
Un motor de corriente alterna es una maquina capaz de convertir energía eléctrica en
energía mecánica rotacional para que esta sea aprovechada de forma eficiente.
Figura 4-1. Clasificación de los motores. [18
64

4.1.1. MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO CON ROTOR JAULA DE
ARDILLA
Figura 4-2.Despiece de un motor asíncrona jaula de ardilla. [13]
Son probablemente los más sencillos y robustos de los motores eléctricos. El rotor está
constituido por varias barras conductoras dispuestas paralelamente al eje del motor y
por dos anillos conductores en los extremos. El conjunto es similar a una jaula de ardilla
y por eso se le denomina también motor de jaula de ardilla. El estator consta de un
conjunto de bobinas, cuando la corriente alterna trifásica la atraviesa, se forma un
campo magnético rotatorio en las proximidades del estator. Esto induce corriente en el
rotor, que crea su propio campo magnético. La interacción entre ambos campos
produce un par en el rotor. No existe conexión eléctrica directa entre estator y rotor.
La frecuencia de la corriente alterna de la alimentación determina la velocidad a la cual
rota el campo magnético del estator.
4.1.1.1. Estructura del motor
Figura 4-3. Estator de un motor Asíncrono jaula de ardilla. [14]
La parte fija del motor asíncrono se denomina soporte o estator. Se compone de una
carcasa y un paquete de chapas con ranuras, en el que se encuentra el arrollamiento
65

de corriente trifásica. El arrollamiento se compone de tres bobinas fijadas cada una de
ellas en 120º. Los extremos del arrollamiento son conducidos al tablero de bornes
situado en la caja de conexión.
Figura 4-4. Rotor de un motor Asíncrono jaula de ardilla. [14]
El rotor también está compuesto por un paquete de chapas con ranuras. En estas
ranuras se introducen barras conductoras de aluminio o cobre o se inyectan barritas
moldeadas a presión de aluminio, que están conectadas a las contrahuellas mediante
anillos de cortocircuito. Las barritas y los anillos de cortocircuito forman una jaula y
producen el arrollamiento del rotor. La disposición inclinada de la barritas produce un
movimiento uniforme.
Figura 4-5. Formas de barras del rotor y secciones transversales del rotor. [14]
Las diversas secciones transversales en las ranuras del rotor y de las varillas
correspondientes pueden influir en el par de arranque y la corriente de arranque, es
decir, en las propiedades de aceleración a plena marcha.
4.1.1.2. Velocidad en el campo giratorio
Cuando se conectan los arrollamientos del motor a la red de corriente trifásica, se
genera un campo giratorio en el estator que gira con la velocidad sincrónica o con la
velocidad en campo giratorio nd :
n d =
f1
p
[ 38]
Por número de pares de polos p se entiende la cantidad de pares de polos norte/sur
que se forman por fase debido a la acción del arrollamiento del estator.
66

4.1.1.3. Par y deslizamiento
El deslizamiento s se define como la diferencia entre la velocidad en el campo giratorio
nd y la velocidad del rotor n . De este modo se generan valores de deslizamiento de
entre s = 0 (caso teórico en que la velocidad del motor coincide con la velocidad
sincrónica) y s = 1 (parada del motor).
nd
− n
s =
n
d
[ 39]
La fuerza que actúa sobre el rotor es proporcional a la corriente de inducido I 2 según
la ley del conductor inundado en un campo magnético. Por lo tanto, se puede afirmar
que:
M ≈ Θ.
I 2
[ 40]
La corriente de inducido aumenta a medida que se incrementa el deslizamiento
(deslizamiento = velocidad relativa estandarizada) y el par M (par = fuerza x brazo de
fuerza) interno que actúa sobre el rotor también aumenta.
4.1.1.4. Puntos característicos de la curva de régimen de un
motor asíncrono trifásico con rotor jaula de ardilla
Figura 4-6. Puntos característicos de la curva de régimen de un motor asíncrono trifásico con
rotor jaula de ardilla. [14]
67

4.1.1.4.1. Punto de arranque:
Para ello se debe detener el rotor ( n = 0).
Conforme a la definición del deslizamiento,
nd
− n
s =
n
d
[ 39]
Se encuentra en el punto de arranque del deslizamiento s = 1.
Actúa un par de
arranque A M
4.1.1.4.2. Punto de marcha en vacío:
n = n ,
Si el rotor gira a la misma velocidad que el campo giratorio del estator siendo d
la velocidad relativa y el deslizamiento son cero. En consecuencia, no hay ninguna
inducción ni se genera ningún par. Por lo tanto M = 0.
4.1.1.4.3. Punto de régimen nominal
Las magnitudes más importantes de un motor son el par nominal M N y la velocidad
nominal n N . Ambas pueden calcularse con los datos indicados en la placa de
características del motor. La potencia mecánica suministrada por el árbol (potencia
nominal según la placa de características) se calcula con la fórmula siguiente:
PN = M N * 2π
* nN
[ 41]
El punto de régimen nominal no es un punto especial en la curva característica, sino
que normalmente se determina mediante la potencia perdida en régimen constante bajo
carga y el exceso de temperatura relacionado con ella. El par nominal no aparece en la
placa de características y, por lo tanto, debe calcularse mediante la fórmula siguiente:
M
N
pN
=
2π * nN
[ 42]
4.1.1.4.4. Punto de inversión
Otra magnitud importante es el par de inversión M K . Es a la vez el par máximo posible
que puede generarse en los motores asincrónicos trifásicos. Si se reduce la carga,
68

también se reducirán el ángulo de carga y el deslizamiento ( S K )
aumentará ( n )
S < , pero la velocidad
n < K . De este modo se alcanza la gama útil estable del motor asíncrono
trifásico con rotor jaula de ardilla y se debe tener en cuenta que un régimen dentro de la
gama de sobrecarga ( n n > n > nk
) o ( s n < s < sk
) sólo está permitido por poco tiempo,
por. ejemplo., durante una fase de aceleración.
En los motores estándar, se puede afirmar que el par de inversión:
M =
k
( .. 3)
* M [ 43]
2 N
El deslizamiento de desenganche s K se encuentra entre el 5 y el 10 %, y depende
básicamente del tamaño del motor.
4.2. TIPOS DE CARGAS
La primera consideración que se debe hacer al aplicar un variador de frecuencia es
determinar el tipo de carga y sus características, debiendo conocer los requerimientos
de Par y Velocidad.
Las cargas se pueden agrupar en las siguientes categorías:
Cargas de par Constante
Cargas de par lineal
Cargas de par cuadrático o variable
Cargas de potencia constante
Cargas de Impacto
4.2.1. CARGA A PAR CONSTANTE:
Figura 4-7. Carga a momento constante. [8]
En este caso el par es independiente de la velocidad, aunque a veces el par en reposo
justo antes de iniciarse el movimiento, es ligeramente superior al nominal. Este tipo de
69

característica mecánica se da en cargas en las que predomina el efecto de la gravedad
como por ejemplo puente grúa, montacargas, cintas transportadoras etc.
4.2.2. CARGA DE PAR LINEAL
Figura 4-8. Carga de par lineal. [2]
El par resistente es ahora proporcional a la velocidad por lo tanto la potencia será
proporcional al cuadrado de la velocidad. Es clásico en maquinas de tratamiento de
papel y maquinas de pulir.
4.2.3. CARGA DE PAR CUADRÁTICO:
Figura 4-9. Carga de par cuadrático. [8]
Las cargas en las que el par se reduce cuando operan por debajo de la velocidad base
y se incrementa al operar por encima de dicha velocidad se clasifican como cargas de
par variable. En muchas de estas cargas el par se reduce con el cuadrado de la
velocidad, siendo las bombas centrífugas y cierto tipo de ventiladores y sopladores las
cargas más representativas.
70

4.2.4. CARGA DE POTENCIA CONSTANTE:
Figura 4-10. Carga a potencia constante. [2]
En las cargas de potencia constante, cuando se opera por encima de la velocidad base,
el par requerido decrece, mientras que la potencia se mantiene casi constante. Las
aplicaciones típicas son molinos y embobinadoras
4.2.5. CARGAS DE IMPACTO
Figura 4-11. Cargas de impacto. [2]
En las cargas de impacto las máquinas cuentan con embragues de operación cíclica o
las prensas de estampado de lámina, el par es intermitente y no es función de la
velocidad.
En el caso de las prensas se requiere que la combinación del motor y el variador de
frecuencia produzcan un par de aceleración suficiente para regresar el volante de
inercia a la velocidad requerida antes de que inicie el siguiente ciclo.
71

4.3. MÉTODOS PARA VARIAR LA VELOCIDAD EN MOTORES
TRIFÁSICOS DE CORRIENTE ALTERNA.
La velocidad de un motor asíncrono se determina mediante el número de pares de
polos p del motor, la frecuencia de red f 1 y el deslizamiento del motor s . De aquí se
derivan las diversas posibilidades de control de la velocidad de un motor.
f1
n = ( 1−
s)
⋅ [ 44]
p
En la formula anterior se puede ver con mayor claridad las diferentes variables que se
pueden manipular para hacer que la velocidad varié. En los párrafos posteriores se va a
explicar cada uno de los métodos para variar velocidad en los motores asíncronos jaula
de ardilla.
4.3.1. VARIANDO LA TENSIÓN
El par del motor de inducción bajo condiciones de arranque y de marcha varía con el
cuadrado del voltaje aplicado al primario del estator. Para una carga determinada,
reduciendo el voltaje de línea se reducirá el par con el cuadrado de la reducción del
voltaje de línea, y la reducción del par producirá un incremento del deslizamiento.
Aunque reducir el voltaje de línea y el par como método de incrementar el deslizamiento
servirá para controlar la velocidad hasta cierto grado en motores monofásicos de fase
partida, particularmente, y en motores de inducción pequeños, en general, resulta el
método menos satisfactorio de control de la velocidad para motores polifásicos, ya que
el par máximo a la mitad del voltaje nominal es un cuarto del mismo a dicha tensión
nominal. Por lo tanto, no es posible obtener el par nominal, ni siquiera la mitad del
mismo, porque la velocidad del motor disminuye rápidamente y éste se para antes de
que pueda desarrollar el par nominal.
Entonces, para que este método funcione, es necesario que el par de carga se reduzca
considerablemente a medida que se reducen el voltaje y la velocidad en el estator; por
lo que funcionará de forma aceptable en un motor parcialmente cargado.
Si una carga tiene una característica par-velocidad como la mostrada en la figura 4-12,
la velocidad del motor puede ser controlada en un rango limitado, variando el voltaje de
línea. Este método de control de velocidad se utiliza a veces para manejar pequeños
motores de ventilación.
72

Figura 4-12. Control de velocidad por relación del voltaje de línea. [15]
4.3.2. VARIANDO EL NÚMERO DE POLOS
Existen dos métodos importantes para cambiar el número de polos en un motor de
inducción:
El método de polos consecuentes.
Devanados de estator múltiples.
El primer método es antiguo (1897) y se basa en el hecho de que el número de polos en
los devanados estatóricos de un motor de inducción se puede cambiar con facilidad en
relación 2:1 con sólo efectuar simples cambios en la conexión de las bobinas. En la
figura 4.13 se muestra el estator de un motor de dos polos adecuado para este método.
Al variar los polos, se produce un funcionamiento relativamente satisfactorio puesto se
ha variado el número de polos tanto del estator como del rotor. Dichos motores
polifásicos de jaula y monofásicos se denominan motores de inducción de velocidad
múltiple. Estos motores poseen devanados estatóricos, específicamente diseñados para
la variación de polos mediante los métodos de conmutación manual y/o automática, en
que los diversos devanados estatóricos primarios se conectan en combinación serie
paralelo.
Los motores de inducción de velocidad múltiple son asequibles en combinaciones de
velocidad síncrona doblada o cuadriplicada, mediante la variación de polos.
73

Figura 4-13. Devanado estatórico de dos polos para cambio de polos. [15]
En la figura 4-15 se puede ver cómo en una configuración de dos polos, cuando la
conexión en una de las dos bobinas se invierte, los dos son polos norte y el flujo
magnético retorna al estator en puntos intermedios entre las dos bobinas. Los polos sur
son llamados polos consecuentes y el devanado es ahora de cuatro polos.
Como método de control de velocidad sólo puede utilizarse para producir velocidades
relativamente fijas (600, 900, 1200 ó 1800 r.p.m.) para un motor de inducción cuya
velocidad varía sólo ligeramente (del 2 al 8%) desde vacío a plena carga. La variación
polar como método de control de la velocidad presenta las siguientes ventajas:
Elevado rendimiento a cualquier ajuste de la velocidad.
Buena regulación de la velocidad para cualquier ajuste de la misma.
Simplicidad de control en la obtención de cualquier velocidad determinada
mediante la conmutación manual o automática.
Reguladores de velocidad auxiliares asociados al motor relativamente baratos
Figura 4-14. Devanado de 2 a 4 polos mediante polos consecuentes. [15]
La variación polar se emplea, primordialmente, donde se desee obtener la versatilidad
de dos o cuatro velocidades relativamente constantes que estén ampliamente
74

separadas. Por ejemplo, en taladradoras para perforar materiales de diferente dureza y
grosor.
Sus mayores inconvenientes son:
Se requiere un motor especial, que posea los devanados necesarios y las
terminales llevadas al exterior del estator para intercambio de polos.
No puede conseguirse un control gradual y continuo de la velocidad.
Un inconveniente del método de polos consecuentes es que las velocidades obtenidas
están en relación 2:1, y no se pueden conseguir velocidades intermedias mediante los
procedimientos de conmutación. Este inconveniente queda superado mediante la
utilización de dos devanados independientes, cada cual creando un campo y un número
de polos total independientes. Por ejemplo, si hablamos de un motor trifásico de dos
devanados, uno de ellos se bobina para cuatro polos, y el otro, para seis polos. De esta
forma, el primer devanado producirá una velocidad elevada de 1800 r.p.m., mientras
que el segundo, una baja de 1200 r.p.m.
Cuando el principio del motor de inducción de velocidad múltiple, de doble devanado, se
combina con el método de conexión de polos consecuentes, se obtiene un total de
cuatro velocidades síncronas (1800, 1200, 900 y 600 r.p.m.).
Los inconvenientes de dicho motor en comparación con el de polos subsecuentes son:
Mayor tamaño y peso para la misma potencia de salida (puesto que sólo se
emplea un devanado al mismo tiempo).
Costo más elevado debido al mayor tamaño de la carcasa
Mayor reactancia de dispersión porque las ranuras necesarias para los dos
devanados son más profundas.
Regulación más pobre de la velocidad debido a la mayor reactancia de cada
devanado
4.3.3. VARIADO LA RESISTENCIA DEL SECUNDARIO
La inserción de una resistencia rotórica suplementaria produce un incremento en el
deslizamiento del rotor. Este método presenta las siguientes ventajas:
Variación de la velocidad sobre una amplia gama por debajo de la velocidad
síncrona del motor.
Simplicidad de funcionamiento, tanto desde el punto de vista manual como
automático.
Costos iniciales y de mantenimiento bajos para los reguladores manuales y
automáticos
Sin embargo, presenta los inconvenientes de:
75

Bajo rendimiento, debido al aumento de las pérdidas de la resistencia del rotor (a
grandes valores de deslizamiento, estas pérdidas son casi las totales, ver figura
4-15).
Pobre regulación de la velocidad.
Figura 4-15. Control de velocidad mediante variación de la resistencia del rotor. [15]
El motor de inducción de rotor bobinado se emplea mucho con control de la resistencia
secundaria para cargas de naturaleza intermitente, requiriendo par de arranque elevado
y aceleración y desaceleración relativamente rápidas, tales como, grúas de fundiciones,
siderúrgicas y donde una elevada corriente de arranque ocasione serias perturbaciones
de la línea.
Ya que la velocidad y el deslizamiento de un motor de inducción de rotor bobinado son
proporcionales a la resistencia del rotor, el método de control de la velocidad mediante
la variación de la resistencia secundaria del rotor se denomina a veces control del
deslizamiento
4.3.4. VARIADO LA FRECUENCIA
Es uno de los métodos de control de velocidad de mejores características, se encarga
de generar una tensión de frecuencia y amplitud variables a partir de la red de
alimentación.
En el método de control de velocidad por variación de frecuencia, las propiedades del
motor como el par de inversión y la velocidad de deslizamiento deben ser
independientes de la frecuencia de alimentación con el motor bajo carga, la curva
característica del par del motor debe tener siempre la misma forma. Dado que el par
generado por el motor es proporcional al flujo magnético.
76

Figura 4-16. Curva Característica U/F. [14]
En al grafica se muestra la relación existente entre la frecuencia y el voltaje de
alimentación, existen básicamente dos zonas, la primera es la zona de flujo constante
donde existe una relación directa entre el voltaje y la frecuencia.
La segunda zona gama de atenuación de campo inicia cuando se alcanza la frecuencia
nominal f1 N del motor, donde también alcanza la tensión nominal u1N Si se incrementa
aun mas la frecuencia de alimentación no se puede seguir aumentando la tensión de
alimentación ya que normalmente cuando alcanza la tensión nominal del motor, el
convertidor de frecuencia esta suministrando la tensión máxima.
Figura 4-17.Curva característica por variación de frecuencia. [14]
En la figura 4-17 se puede ver claramente las zonas de flujo constante y atenuación de
campo, en esta ultima se ve que el flujo es el mismo aunque la frecuencia aumente la
corriente del inducido I 2 debe aumentar.
77

En consecuencia en la gama de atenuación de campo se obtiene un haz de curvas
características cada vez mas inclinadas debido al aumento de la frecuencia. Mientras
que el par de inversión se mantiene constante en la gama de flujo constante, en la
gama de atenuación de campo se reduce el cuadrado del aumento de la frecuencia.
En resumen se puede ver que la modificar la frecuencia de alimentación f 1 y reajustar
correspondientemente la tensión de alimentación se puede controlar la velocidad.
De lo expuesto en los párrafos anteriores se pude llegar a la conclusión que el método
mas eficiente para variar la velocidad es variar la frecuencia.
4.4. CARACTERÍSTICA DINÁMICA DE LOS ACCIONAMIENTOS
ELÉCTRICOS
Es característica del estado dinámico o transitorio la desigualdad entre el momento del
motor y el de la carga que da lugar a la existencia de un momento dinámico que acelera
o desacelera el conjunto motor-carga.
Desde el punto de vista del accionamiento eléctrico los aspectos más importantes a
estudiar son: la estabilidad de operación ante el efecto de una perturbación externa, el
comportamiento o variación de las coordenadas o variables del accionamiento en el
periodo transitorio.
Cuando el accionamiento se encuentra en estado estacionario los momentos del motor
y la carga son iguales y la velocidad es constante, si ocurre una perturbación externa
súbita tal como un incremento de carga mecánica pueden suceder dos cosas que el
accionamiento tras un periodo de tiempo mas o menos breve, retorne a un estado de
equilibrio a una velocidad generalmente diferente que la anterior o que la velocidad
aumente o disminuya sin limites. En el primer caso se dice que la operación del
accionamiento es estable en el segundo caso es inestable.
El arranque del accionamiento eléctrico es el periodo transitorio que sucede desde que
este se pone en marcha hasta que se alcanzan condiciones estables de operación. Por
frenado se entiende el periodo transitorio que ocurre desde que se envía la señal de
detención hasta que se alcanza esta completamente.
78

4.5. EL CONVERTIDOR DE FRECUENCIA
Figura 4-18. El convertidor de frecuencia. [8]
En las ultimas dos décadas se ha visto un elevado desarrollo de la electrónica de
potencia y de los microprocesadores desarrollos que permiten manipular la velocidad de
los motores de corriente alterna en especial de los motores asincrónicos jaula de ardilla,
motores muy utilizados a nivel industrial por las bajas exigencias en el mantenimiento,
por la gran robustez y por la relación peso potencia, llevando a estos motores a tener un
alto rendimiento en cuanto a consumo de energía y trabajo realizado.
Los convertidores de frecuencia también llamados variadores de frecuencia (VDF) o
inversores han venido a resolver el problema de poder usar los motores a velocidades
variables sin disminuir mayormente la eficiencia.
79

4.5.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:
Figura 4-19. Esquema de un convertidor de frecuencia [19]
Estos dispositivos entregan voltaje y frecuencia variable conforme a la necesidad del
motor y la carga a él conectada. Para tal efecto toma la alimentación eléctrica de la red
la cual tiene voltaje y frecuencia fija la transforma en un voltaje continuo y luego lo
transforma en un voltaje alterno trifásico de magnitud y frecuencia variable por medio de
un inversor.
La forma de onda del voltaje de salida no es una sinusoide perfecta, toda vez que se
entrega una señal de pulso modulada a partir de la frecuencia de conmutación de los
dispositivos electrónicos de potencia. Los equipos actuales trabajan a frecuencias de
conmutación del orden de los 50 Khz, donde los contenidos de armónicos son bastante
bajos por lo que se agregan filtros pasivos.
La relación voltaje frecuencia es configurada por el usuario según la aplicación, siendo
las mas usuales una relación lineal, la cual produce un torque constante en todo el
rango de velocidades, o una relación cuadrática en donde el torque disminuye a medida
que baja la velocidad.
4.5.2. Secciones de un convertidor de frecuencia
4.5.2.1. : Rectificador
La función del rectificador es convertir la señal de voltaje de alimentación de CA a CD y
controlar el voltaje al inversor para mantener constante la relaciónU
, siendo los
f
siguientes métodos básicos los más usados:
80

Figura 4-20. TIPOS DE CONVERTIDORES DE CA A CC. [17]
4.5.2.2. : INVERSOR
El inversor utiliza dispositivos de potencia de estado sólido que son controlados por
microprocesador para conmutar el voltaje del bus de CD y producir una señal de CA de
frecuencia ajustable que alimenta al motor.
4.5.2.2.1. : INVERSOR DE SEIS PASOS
Figura 4-21. Inversor a base de SCR’s. [17[
Para variar la frecuencia del motor, se ajusta el tiempo de conducción de los SCR’s
para cada uno de los seis pasos, modificando el tiempo del ciclo. El voltaje de CD se
ajusta para mantener la relación U constante.
f
Cuando se utilizan SCR’s en el inversor, se utilizan circuitos complejos de conmutación
que no se muestran en la figura y que incluye la lógica de disparo y componentes
adicionales de potencia para apagarlos que constan de capacitores, inductores y SRC’s
adicionales. Esta complejidad se reduce cuando se utilizan GTO’s o IGBT’s como
interruptores de potencia.
81

4.5.2.2.2. INVERSOR PWM
Figura 4-22. INVERSOR A BASE DE IGBT’s. [17]
El inversor consiste de seis IGBT’s que se encienden y apagan en una secuencia tal
que producen un voltaje en forma de pulsos cuadrados que alimentan al motor. Para
variar la frecuencia del motor, el número de pulsos y su ancho se ajustan resultando en
un tiempo de ciclo mayor para bajar la velocidad o tiempo de ciclo menor para subir la
velocidad. Para cada frecuencia específica hay un número óptimo de pulsos y anchos
que producen la menor distorsión armónica en la corriente que se aproxime a la señal
senoidal.
El cambio de voltaje requerido para mantener la relación U constante conforme varía
f
la frecuencia, se realiza por medio del microprocesador de propósito dedicado que
controla el ancho de los pulsos y los demás parámetros para conseguir un adecuado
funcionamiento.
La distorsión armónica afecta los aislamientos del motor, incrementa su ruido audible y
eleva el calentamiento entre un 5% y un 15% dependiendo del diseño del fabricante y
velocidad de operación.
En conclusión conforme a la consigna de frecuencia que se otorgue al equipo, se
entregara un voltaje de magnitud según la relación V/f configurada y de frecuencia
conforme a la consigna, esto hará que el motor gire a una velocidad proporcional a la
frecuencia.
82

4.5.3. VARIADORES DE TIPO FLUJO VECTORIAL
Los VFD de C.A. han estado limitados a aplicaciones de par normal mientras que las
aplicaciones de alto par y baja velocidad han sido el dominio de los motores de CD.
Esta situación ha cambiado por la introducción de una nueva generación de la
tecnología PWM, el variador de flujo vectorial.
El método de control de par usado en el VDF de flujo vectorial es similar al usado en los
de CD, que incluyen un amplio rango de velocidades con una rápida respuesta. Este
variador tiene la misma sección de potencia que los PWM, pero usa un sofisticado
control de lazo cerrado del motor al microprocesador del variador de frecuencia. La
posición y velocidad del rotor es monitoreada en tiempo real a través de un codificador
digital que determina y controla la velocidad, par y potencia del motor.
Al controlar la sección de inversión en respuesta a las condiciones actuales de la carga
en tiempo real, se obtiene un control excelente del par, velocidad y potencia, así como
una rápida respuesta a los cambios de carga y se consigue proporcionar el 100 % de
par a velocidad 0.
La gran mayoría de fabricantes tienen VDF con tecnología enfocada al control de par
más que al control de velocidad. El objetivo es controlar el par del motor en lugar de la
velocidad y por lo tanto tienen respuestas más rápidas y precisas a las variaciones del
par demandado por la carga.
Para lograr esto, el variador “explora” al motor haciendo un auto-reconocimiento
(autotuning), en el que le inyecta corriente y voltaje para determinar su comportamiento,
creando un algoritmo o modelo de sus características de funcionamiento y controlarlo
de la manera más adecuada.
El reconocimiento al motor se puede realizar con carga y sin carga y al concluir se
guarda en la memoria del VDF un modelo matemático del motor con el que se va a
trabajar quedando respaldado incluso cuando se desconecta totalmente.
Durante la operación, el modelo recibe la información de la corriente que el motor
demanda en sus 3 fases, los valores de voltaje del bus de C.D. y el estado de los
transistores de potencia (IGBT). Con estos datos se calcula el flujo en el estator, el par,
la frecuencia y la velocidad de cada ciclo.
El modelo estima la resistencia en el estator, obteniendo este valor mediante la
comparación de los datos obtenidos de la identificación inicial y en la subsecuente
operación del mismo.
La diferencia en la operación del inversor comparada con la tecnología PWM que tiene
una frecuencia de conmutación fijada de acuerdo a las necesidades, mientras que en
83

los VFD recientes la frecuencia de conmutación se modifica de acuerdo con las
necesidades de par de la carga.
Este tipo de VFD es ideal para aplicaciones de una complejidad mayor que
generalmente se controlan con motores de CD como extrusoras, grúas, elevadores,
máquinas de papel, y molinos entre otras.
En todas las aplicaciones de VDF anteriormente descritas hay que tener muy presentes
el calentamiento que pueda llegar a sufrir el motor al disminuir la velocidad del
ventilador de enfriamiento acoplado al mismo en la parte posterior. Si el motor va a
trabajar en rangos de velocidad de 0 a 30 Hz durante periodos prolongados, se
recomienda instalar ventilación extra a la del motor para asegurar el enfriamiento
adecuado
84

5. EL DIBUJO MECÁNICO
Figura 5-1. Sistema de inyección de carbón pulverizado. [2]
Todo órgano y pieza mecánica, tanto si se considera aislado como formando parte de
un mecanismo, tiene una forma y unas dimensiones bien definidas; cada pieza además,
esta construida con el material que el diseñador ha escogido, teniendo en cuenta sus
cualidades tecnológicas y mecánicas; las superficies externas e internas de cada pieza
tienen también el grado de acabado que exige la función que dichas superficies debe
cumplir. Todos estos datos relativos a cada pieza deben ser comunicados de la oficina
técnica a la oficina constructora o taller, y esto se realiza por medio de un dibujo técnico
de dicha pieza. Por tanto, es evidente que la fabricación de determinada pieza
mecánica solo podría realizarse en la forma exacta ideada por el diseñador, si el dibujo
de la oficina técnica es completo, (es decir si contiene todos los elementos necesarios)
y si dicho dibujo es examinado continuamente, durante el trabajo por el técnico o los
técnicos constructores que intervienen en el mismo.
Es pues evidente que el dibujo técnico de una pieza determinada a de conseguir que
todos los técnicos que intervienen en su construcción, sirviéndose de dicho dibujo, aun
en tiempos y localidades diferentes produzcan piezas técnicamente iguales 8 .
Es importante tener información sobre los elementos mecánicos que constituyen una
maquina, cuando se hacen pedidos de estos elementos se debe tener la información
apropiada para que los elementos que se soliciten sean realmente los de la maquina.
8 Tomado de libro El dibujo técnico mecánico
85

Figura 5-2.Elementos de maquina. [2]
Implementando software de diseño asistido por computador (CAD)en este caso Solid
Edge V17 permite visualizar los elementos en tres dimensiones, comprobar
interferencias, realizar movimientos e imprimir el plano mecánico con todas sus
dimensiones y demás especificaciones constructivas como tolerancias, ajustes,
acabados superficiales etc.
Figura 5-3. Despiece Dosificador. [2]
Se realizo la concepción de un sistema de dosificación de un aditivo para controlar las
efluorencias presentes en los materiales que produce actualmente la ladrillera.
Figura 5-4.Doscificador de carbonato de bario. [2]
86

En la figura 5-4 se muestra el sistema, consta de una tolva, un tornillo sinfín y demás
elementos de sujeción, esta concebido para variar la cantidad de carga dosificada de
acuerdo a la velocidad del tornillo sinfín.
En el anexo (6) se muestran los planos de cada una de las piezas constitutivas del
dispositivo.
Otra actividad desarrollada fue el levantamiento de planos de la mayoría de ejes y
elementos de desgaste los cuales se muestran en el anexo (7)
.
Dibujo de la reubicación de la línea de moldeo 2 para la construcción del
secadero.
Figura 5-5. Isométrico de la redistribución de la línea. [2]
87

Figura 5-6.Acercamiento a la línea de producción. [2]
Figura 5-7.Principales vistas de la línea de producción. [2]
88

CONCLUSIONES
De acuerdo a las actividades desarrolladas se presenta la necesidad de implementar
sistemas que permitan variar la velocidad para mejorar el proceso, la siguiente etapa
debe incluir un sistema automatizado que incluya sensores y sistemas lógicos
programables que permitan integrar el sistema y de acuerdo a las variables tomar una
decisión.
La variación de velocidad aporta al Uso Racional de Energía (URE).
Se aumenta la productividad en términos de:
Costo de operación
Reducción en consumos
Controlen la facturación
Incrementar eficiencia energética
Recuperación de perdidas
Se tiene mayor control en el proceso en términos de:
Monitoreo de consumos
Ajuste de la velocidad para cada tipo de arcillas
Mejora de arranques en los equipos
Se detectaron nuevas áreas de oportunidad que permiten reevaluar lo se hace
hoy día. (reconstrucciones)
89

RECURSOS HUMANOS:
RECURSOS DISPONIBLES
RECURSOS NECESARIOS
• DIRECTOR: Ing. Hernando Cáceres
• TUTOR EMPRESARIAL: Ing. Armando Pulido
• ESTUDIANTE: Omar Orlando Fernández Pérez
• PERSONAL ADMINISTRATIVO Y OPERATIVO DE LA LADRILLERA
CASABLANCA.
RECURSOS INSTITUCIONALES
• Biblioteca de la Universidad de Pamplona.
• Laboratorios de Electrónica Mecánica y Mecatrónica de la Universidad de
Pamplona.
• Laboratorios Virtuales de la Universidad de Pamplona.
• Instalaciones de la ladrillera Casablanca
• Personal de apoyo a los proyectos.
90

CRONOGRAMA
91

BIBLIOGRAFIA
[1] FERNÁNDEZ ABAJO, Marcelo. "Manual de productos cerámicos I". Laboratorio técnico
cerámico. España, 2000. Pág. 3-191.
[3] SÁNCHEZ CORREA, Dairo. “Implementación de estrategias para mantenimiento". Director:
Jhon Palacios. Departamento de ingenierías Mecánica, Mecatrónica e Industrial. Universidad de
Pamplona.2006
[4] J.E Shigley y CR Mischke. "Diseño en Ingeniería Mecánica".McGraw Hill, 2002.
[5] MASINO, Fernando.2003.”Arranque estrella-triangulo", pagina de Internet
http://ar.geocities.com/fom22ar/Electricidad/estrella_triangulo.htm
[6] LADRILLERA CASABLANCA,”inspección termografica para análisis predicativo”, Informe
inédito, San José de cucuta 2007.
[7] PARDO GARCÍA, Aldo y DÍAZ RODRÍGUEZ, Jorge Luís. “Fundamentos en sistemas de
control automático. Ed Nº 1. Pamplona, EDITORIAL JAVA EU, 2004, Pág. 56-85. ISBN: 958-
97105-6-5.
[8] DANFOS, “Generalidades sobre variadores de velocidad y arrancadores suaves”. [Material
grafico proyectable].2007.
[9] PULIDO, Armando. “Informe comité de calidad”. [Material grafico proyectable]. Ladrillera
Casablanca. 2007.
[10] TARANTINO ALVARADO, Rocco y ARANGUREN ZAMBRANO, Sandra. “Introducción y
diagnostico de fallas en la industria.”[Material de apoyo para la asignatura IMOSI].Universidad
de Pamplona.
[11] Grafico obtenido del Megger kyoritsu 3007
[12] Balcells, J. “Informe de aislamiento en motores”, [Material grafico].UPC.2004
[13] SIEMENS, “generalidades de motores trifásicos”. Catalogo técnico.
[14] SYSTEMTECHNICK, “Ensayo con convertidores de frecuencia digital”. Manual de usuario.
[15] Chapman, Stephen J. Máquinas Eléctricas. McGraw-Hill. 2005.Pág 382, 389, 452, 458.
[16] Gourishankar, Vembu. Conversión de Energía Electromecánica. Alfaomega. Página 548.
92

ANEXO (1)
DIAGRAMA DE FUERZA DE VARIADORES DE VELOCIDAD EN LA LÍNEA DE EXTRUSIÓN 2.
93

DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS
94

ITEM
ANEXO (2)
TABLAS DE TOMA DE DATOS EN LOS MOTORES DE LA EXTRUSORA 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 PROMEDIO
CONSUMO DE
CORRIENTE (A)
185 180 178 145 185 190 175 180 183 185 180 150 180 183 184 180 175 170 174 183 185 190 135 150 180 190 195 195 190 190 178
TIEMPO DIAS 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 8
VELOCIDAD 1200 1200 1250 950 1250 1250 1200 1200 1250 1250 1200 900 1250 1200 1220 1180 1200 1200 1220 1200 1250 1180 950 950 1100 1200 1200 1200 1200 1200 1173
95

ANEXO (3)
COSTOS DE MANTENIMIENTO PROGRAMADO
De acuerdo a los valores obtenidos se evaluó cuanto cuesta reconstruir algunos elementos de desgaste
teniendo en cuenta, los insumos, la mano de obra tanto para reconstrucción como para montar y desmontar estos
elementos de maquina.
La siguiente tabla enlista los elementos que se hace necesario cambiar porque el desgaste hace imposible
realizar la reconstrucción.
96

ANEXO (4)
CUADRO COMPARATIVO DE COSTOS ENTRE VARIADORES SIEMENS Y
VARIADORES DANFOS.
97

ANEXO (5)
ESPECIFICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
MICRO-MASTER 440 0, 12 kW.-250 kW.
Fácil de instalar
Puesta en marcha sencilla
Diseño robusto en cuanto a CEM
Puede funcionar en alimentación de línea IT
Tiempo de respuesta a señales de mando rápido y repetible
Amplio número de parámetros que permite la configuración de una gama extensa
de aplicaciones
Conexión sencilla de cables
3 relés de salida
2 salidas analógicas (0 – 20 mA)
6 entradas digitales NPN/PNP aisladas y conmutables
2 entradas analógicas:
ADC1: 0 – 10 V, 0 – 20 mA y -10 a +10 V
ADC2: 0 – 10 V, 0 – 20 mA
Las 2 entradas analógicas se pueden utilizar como la 7y 8 entrada digital
Tecnología BiCo
Diseño modular para configuración extremadamente flexible
Altas frecuencias de pulsación (según convertidor, hasta 16 kHz) para
funcionamiento silencioso del motor
Interface interna RS485
98

Información de estado detallada y funciones de mensaje integradas
Diagrama en bloque
99

Prestaciones
Control vectorial
sin sensores (SLVC)
con emisor (VC)
Control U/f
Control de flujo corriente FCC (flux current control) para una mejora de la
respuesta dinámica y control del motor
Característica U/f multipunto
Re-arranque automático
Re-arranque al vuelo
Compensación de deslizamiento
Limitación rápida de corriente FCL (fast current limitation) para funcionamiento
libre de disparos intempestivos
Freno de mantenimiento del motor
Freno por inyección de corriente continua integrado
Frenado compuesto o combinado para mejorar las prestaciones del frenado
Freno estrangulador integrado (Tamaños constructivos A hasta F) para frenado
dinámico
Prescripción de consignas a través de:
Entradas analógicas
Interfase de comunicación
Función JOG
Potenciómetro motorizado
Frecuencias fijas
Emisor de velocidad máxima
Con redondeado
Sin redondeado
Control en lazo cerrado utilizando una función PID (proporcional, integral y
diferencial), con auto-ajuste
Juego de parámetros de conmutación
Juegos de datos del motor (DDS)
Juegos de datos de órdenes y fuentes de datos teóricos (CDS)
Chips con funciones libres
Regulador de tensión del circuito intermedio
Memoria tampón dinámica
Rampa de bajada seleccionable (rampas de subida y bajada seleccionables)
Características de protección
Protección de sobre tensión/mínima tensión
Protección de sobre temperatura para el convertidor
Protección de defecto a tierra
Protección de cortocircuito
Protección térmica del motor por i2t
Protección del motor mediante sondas PTC/ KTY84
100

VARIADORES DE VELOCIDAD VLT-5000 DANFOS
Rango desde 125 HP hasta 600 HP, 380 – 690 V
Alta performance Vectorial Avanzado VVC plus
Diseño estilo Libro
Armario Metálico, Menos ruido
Cables al motor hasta 300 mts
Display removible Alfanumérico
Standart Mundial en indústria de Alimentos y bebidas
8 Entradas digitales
3 Entradas analogas
2 Salidas Analogas
2 salidas Digitales
2 Reles
1 Encoder directo
Gran versatilidad de comunicación serial
EL tamaño mas compacto del mercado mundial
El variador mas eficiente en altas potencias 98 %
Opcionales de fusibles y seccionador incorporado
IP 54, sistema de ventilación incorporado Rittal
Inductancias para armónicos incorporadas.
Modular y fácil acceso frontal.
Igual codigo de IGBTs.
101

Filtro de Armónicos Standard
Disipación Térmica
Protecciones avanzadas
Baja Emisión de Armónicos: THD < 45%
Alta eficiencia
Bobinas en el circuito DC en todos los rangos de
potencia
Reducción del costo de instalación “No reactancias
opcionales”
De acuerdo con EN 61000-3-2 y EN 61000-3-12
Corrección del factor de potencia (cos Φ ≈ 1)
Calor es disipado por detrás del VLT (Cold Plate)
Aire del ventilador No entra en contacto con partes
electrónicas
Mediciones de temperatura en las partes de control y
potencia
Corto circuito del motor
Pérdida de fase del motor
Conmutación en entrada y salida
Falla a tierra en el motor
Aislamiento entradas y salidas
102

Funciones de MICRO PLC
20 líneas de programación libre usando :
1. EVENTOS (Condiciones)
2. ACCIONES
3. REGLAS LÓGICAS
4. COMPARADORES
5. TEMPORIZADORES
103

ANEXO (6)
PLANOS DE ELEMENTOS MECÁNICOS
104

B
1 X 45°
24
6
R2
n IT6 A-B
92
87
j IT6
O 6
7
2
2 X 45°
15,9
A
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
1
Ed Modificacion
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
Seccion:
Fecha Nom Escala: Formato:
23
Cajon alimentador
Pasador
02/03/07
MOLDEO
1 : 1
N7
N10 CEMENTADO
X
LADRILLERA CASABLANCA S.A. OFICINA
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
www.ladrilleracasablanca.com Telefono 5789758-5789759 A.A. 727
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: L1-MD-CA01-ST19 ARCHIVO: ST19
COTAS: Angulos:
1 1
A4 Milimetros Grados Plano: _____ 1 de ______ 1

Rodamiento 22214
(Ø 60 X 140 X 48 )
6,7
8
O
60
R4
D
74
CUÑERO 212 X 24 X 5
87,5
CORTE A-A
Rodamiento NJ2317
(Ø 80 X 185 X 60 )
79,5
409
456
335 47
B
B
O
85
24
E
O
R42,5
87,5
1082,3
CORTE B-B
1 : 1
508,3 60
626,3
A
A
O
6,75
74
118
58
C
R4
60
Ranura de 2x 2
Rodamiento NJ2312
(Ø 60 X 130 X 46 )
2 X 45°
DETALLE C
DETALLE D
8,5
O 8
DETALLE E
2 X 45°
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
www.ladrilleracasablanca.com Telefono 5789758-5789759 A.A. 727
Maquina: OFICINA
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
1
Ed Modificacion 1 1
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
Seccion:
Fecha Nom Escala: Formato:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
6

76,5°
O
R50
121 ±1
R 60,5
51,7°
177 ±1
R 170,5
A
A
22
82
CORTE A-A
72 38
10
22
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
www.ladrilleracasablanca.com Telefono 5789758-5789759 A.A. 727
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
1
Ed Modificacion
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
Seccion:
Fecha Nom Escala: Formato:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
FORMADORA 04
Fundicion Blanca GB 3
HELICE 02
09/05/07
MOLDEO
A3
L1-MD-FO01-HE002 HE002
1 1
110

105
88
40
R169,5
10
30°
53
116,5
30°
A
B B
A
40
25
82
CORTE B-B
100
93
45°
R 50,8
101 54 12 26
83
18
O
22
O
O
O
35
78
101,6
CORTE A-A
77,3 40
93
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
www.ladrilleracasablanca.com Telefono 5789758-5789759 A.A. 727
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
1
Ed Modificacion
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
Seccion:
Fecha Nom Escala: Formato:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
FORMADORA SOUZA 04
Fundicion Blanca GB 3
HELICE 02
09/05/07
MOLDEO
1 : 3
A3
L1-MD-FO04-HE002 HE002
1 1

79,7
275
275 275
177 0
-0,2 177 0
-0,2 177 0
-0,2 177 0
-0,2 177 0
-0,2 177 0
-0,2 177 0
-0,2
1239 +2
-14
1432,3
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
www.ladrilleracasablanca.com Telefono 5789758-5789759 A.A. 727
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
1 Seccion:
PLANO N°: ARCHIVO:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato: COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
Fundicion Blanca GB 3
FORMADORA SOUZA 04
09/05/07
DESARROLLO HELICES
MOLDEO L1-MD-FO04-HE009 HE009
A3
1 1

1
1
Número de
elemento
2
1
Título Material Cantidad Nombre de
archivo
1 EJE PORTA HELICES Acero inoxidable 1 ST017.par
2 TAPA CAMARA DE VACIO FUNDICION GRIS 1 RA009.par
3
4
HELICE 01
HELICE 02
FUNDICION BLANCA
GB 3
FUNDICION BLANCA
GB 3
1
1
HE001.par
HE002.par
5 HELICE 03
FUNDICION BLANCA
GB 3 1 HE003.par
6 HELICE 04
FUNDICION BLANCA
GB 3 1 HE004.par
7 HELICE 05
FUNDICION BLANCA
GB 3 1 HE005.par
8
9
HELICE 06
HELICE 07
FUNDICION BLANCA
GB 3
FUNDICION BLANCA
GB 3
1
1
HE006.par
HE007.par
10 HELICE PUNTERA
FUNDICION BLANCA
1 HE008.par
GB 3
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
www.ladrilleracasablanca.com Telefono 5789758-5789759 A.A. 727
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
FORMADORA 04
ESPECIFICADO EN CADA PLANO
09/05/07
DESPIECE HELICES
MOLDEO
A3
L1-MD-FO01-HE010 HE010
1 1
8
1
9
1
10
1

LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
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Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1
Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
Mezcladora 4
27/02/07
Elemento de desgaste AS01
MOLDEO
1 : 2 A3
L1-MD-ME04-ED01 ED01
1 1

ANEXO (7)
PLANOS DOSIFICADOR
105

1
2
1
5
1
11
1
10
1
7
3
1 : 1
1
1
Número de
elemento
Número de
Documento
1 RA022 CAMISA INFERIOR
1
2 ST030 TORNILLO SINFIN
1
3* 62/22 RODAMIENTO DE BOLAS 62/22 2RS1 2
4 RA025 BRIDA LATERAL DISPENSADOR
4
5 RA027 TAPA POSTERIOR
1
6 RA026 TAPA FRONTAL
1
7 RA028 SOPORTE TORNILO SINFIN
3
8* CR22 RETENEDOR 22 X 32 X 7
1
9 RA023 CAMISA SUPERIOR TORNILLO
1
10 RA029 TOLVA DOSIFICADORA
1
11 AG003 SOPORTE DISPENSADOR
1
4
4
9
1
6
1
Título Cantidad
Maquina:
Material:
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
NOMBRE Fecha
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
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Rev
Aprob
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
1 Seccion:
PLANO N°: ARCHIVO:
Ed Modificacion 1 1 Fecha Nom Escala: Formato: COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
DISPENSADOR 01
22/03/07
CONJUNTO TOLVA TORNILLO
MOLDEO L1-MD-DS01-RA030 RA030
A3
1 1

Número de
elemento
5
2
Número de
Documento
1 RA022 CAMISA INFERIOR
1
2 ST030 TORNILLO SINFIN
1
3 62/22 RODAMIENTO DE BOLAS 62/22 2RS1 2
4 RA025 BRIDA LATERAL DISPENSADOR 4
5 CR22 RETENEDOR 22 X 32 X 7
2
6 RA023 CAMISA SUPERIOR TORNILLO 1
7 RA027 TAPA POSTERIOR
1
8 RA026 TAPA FRONTAL
1
2
1
8
1
Título Cantidad
4
4
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
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Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
DESPIECE TORNILLO SINFIN
MOLDEO
A2
L1-MD-DS01-RA030 RA030
1 1
6
1
1
1
7
1
3
2

17
26
5
A
O
22
20 46 302 29
25
A
A
20
CORTE B-B
11
B B
48
_ IT5 A-B
276 ±0,1
397 +0,2
-0,1
22
6
18,4
CORTE A-A
26
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
TORNILLO SINFIN
A2
O
B
O
47,9
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
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PLANO N°:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
MOLDEO L1-MD-DS01-ST030 ST030 1 1
22

37,7
324
37,7
56
26,4
R 25,4
202,6
40
36,4
220
210
37,7
30
4
100
100
12,7
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
Tolva Dosificadora
A2
Lamina de 4mm
Angulo de 1/2" x 1/2" x 1/4"
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PLANO N°:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
MOLDEO L1-MD-DS01-RA029 RA029 1 1

25,4
115,5
12,7
12,6
125 125
140,5 243,2 47,1
25,4
ANGULO DE 1" X 1" X 1/4"
56,4 140,8 56,4
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Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
PLANO N°: ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
SOPORTE DISPENSADOR
MOLDEO
A2
L1-MD-DS01-AG003 AG003
1 1

5,6
5,6
B
69,5
29,4
20
125
302
CORTE A-A
A A
350
125
1 : 1
80
296 30 24
4
11,3
15
14
DETALLE B
50,8
32
23
15
11,3
Sugerencia:
El cilindro se puede realizar con tubo galvanizado de 2"
Tornillo de 1/4" cabeza hexagonal, rosca ordinaria
Maquina:
Material:
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
NOMBRE Fecha
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Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
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Rev
Aprob
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
1 Seccion:
PLANO N°: ARCHIVO:
Ed Modificacion 1 1 Fecha Nom Escala: Formato: COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
23
DISPENSADOR 01
22/03/07
CAMISA INFERIOR
MOLDEO L1-MD-DS01-RA022 RA022
A3
1 1
58,3
7
3
11,5
13,9

4,4
17,3
6,7
69,5
58,3
11,6 19,8 19,8 11,6
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
BRIDA LATERAL
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
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DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
MOLDEO PLANO N°: L1-MD-DS01-RA025 ARCHIVO: RA025
1 : 1
A2 COTAS: Angulos:
1 1
31
Milimetros Grados Plano: _____ de ______

70
7
6
59
3,6
B B
11,6
C
19,8
57,9
22
O 3
CORTE B-B
8,4
17,3
6,7
1
2,5
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
1
Ed Modificacion
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
Seccion:
Fecha Nom Escala: Formato:
23
DISPENSADOR 01
TAPA FRONTAL
23/03/07
A4
9,5
DETALLE C
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
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PLANO N°:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
MOLDEO L1-MD-DS01-RA026 RA026 1 1

70
7
6
5,49
59
5,49
5
2
6
3,6
40
57,9
CORTE A-A
11,6 19,8
22
A A
6,7
17,3
8,4
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: 1 : 1 Formato:
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
TAPA POSTERIOR
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
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DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
MOLDEO PLANO N°: L1-MD-DS01-RA027 ARCHIVO: RA027
A2 COTAS: Angulos:
1 1
Milimetros Grados Plano: _____ de ______

6
20 20
58,5
20 20
92,5
23 12 68,5
12 23
11,5 23 69,5
23 11,5
O 4
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
SOPORTE DISPENSADOR
A2
6
50
3
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
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PLANO N°:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
MOLDEO L1-MD-DS01-RA028 RA028 1 1

37,7
324
37,7
56
26,4
R 25,4
202,6
40
36,4
220
210
37,7
30
4
100
100
12,7
Maquina:
Material:
NOMBRE Fecha
Elemento:
Dib Omar Fernandez Perez
Rev
Aprob
1 Seccion:
Ed Modificacion Fecha Nom Escala: Formato:
23
DISPENSADOR 01
23/03/07
Tolva Dosificadora
A2
Lamina de 4mm
Angulo de 1/2" x 1/2" x 1/4"
LADRILLERA CASABLANCA S.A.
Kilometro 8 via al zulia San jose de Cucuta Colombia
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PLANO N°:
DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO
ARCHIVO:
COTAS: Milimetros Angulos: Grados Plano: _____ de ______
MOLDEO L1-MD-DS01-RA029 RA029 1 1