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UNIVERSIDAD TECNOLGICA
DE QUERTARO
AUTOMATIZACIN DEL REA DE MOLIENDA
Empresa:
Pilgrims Pride Mxico, S. de R.L. de C.V.
Memoria Que como parte de los requisitos para obtener
El ttulo de:
TCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO
EN ELECTRNICA Y AUTOMATIZACIN
Presenta:
Jos Daniel Corona Almaraz
Ing. Tania Judith Ortiz Ortiz Ing. Ignacio Martnez
Montes
Asesor de la UTEQ Asesor de la Empresa
Santiago de Quertaro, Qro. Diciembre
2011.
UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE QUERTARO
Nombre del proyecto:
DISEO DE UNA MAQUINA PARA LA COMPROBACION DE
INYECTORES A DIESEL
Empresa:
Mecatronix Automation
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el ttulo de:
TCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
MECATRONICA REA AUTOMATIZACIN
Presenta:
JOS ERICK OLVERA RODRGUEZ
Ing. Ubaldo Javier Flora Velasco Ing. Luis Enrique Reyna Macedo Asesor de la UTEQ Asesor de la Empresa
Santiago de Quertaro, Qro. Enero del 2013
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Resumen.
El presente reporte hace mencin de las actividades realizadas
durante el periodo de estada comprendido entre Septiembre Diciembre del
2012 en la empresa Mecatronix Automation donde se describen las
caractersticas del proyecto DISEO DE UNA MQUINA PARA LA
COMPROBACIN DE INYECTORES A DIESEL, El proyecto surge como
una necesidad que tiene el cliente de una mquina que le permita realizar
pruebas a inyectores reparados, el diseo de la mquina se realiz en el
programa de solidworks obteniendo resultados al 100% y mejorando el
diseo a los ya existentes en el mercado, como fue el adaptar una pantalla
HMI marca Siemens Touchscreen y un PLC siemens 1214C para hacer el
proceso ms eficiente y automatizado , el costo adquirido por el cliente se
logr obteniendo un ahorro de 500 USD de material, como tambin se
logro en el diseo el poder probar los dos diferentes inyectores HEUI Y EUI,
tambin se realiz la programacin de la mquina en el software Tia Portal.
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Abstract.
This report makes mention of the activities undertaken during the period
of stay between September to December of 2012 in the company Mecatronix
Automation which describes the characteristics of the project design of a
machine FOR A DIESEL injectors, The project emerged as a need of the
client that allows a machine to test injectors repaired, the design of the
machine was made in the SolidWorks program 100% getting results and
improving the existing design in the market , as was to adapt a Siemens HMI
Touchscreen display and a 1214C siemens PLC to make the process more
efficient, automated, cost acquired by the client achieved a savings of $ 500
of material, as well as the design was achieved in the to test the two different
EUI injectors HEUI And, also performed the programming of the machine in
the TIA Portal software.
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NDICE
Pgina
Resumen. ....................................................................................................................... 2
Abstract. ......................................................................................................................... 3
ndice. .............................................................................................................................. 4
I.- Introduccin.............................................................................................................. 5
II.- Antecedentes........................................................................................................... 6
III.- Justificacin ........................................................................................................... 7
IV.- Objetivos ................................................................................................................. 8
V.- Alcances ................................................................................................................... 9
IV.- Fundamentacin Terica ..................................................................................10
VII.- Plan de Actividades ..........................................................................................29
VIII.- Recursos humanos y Materiales ..................................................................30
IX.-Desarrollo del proyecto......................................................................................31
X.- Resultados Obtenidos ........................................................................................49
XI.- Anlisis de Riesgos ...........................................................................................50
XII.- Conclusin ..........................................................................................................51
XII.- Recomendaciones .............................................................................................52
XIV.- Referencias Bibliogrficas ............................................................................53
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I.- Introduccin
Importancia de los Equipos de prueba, es un dispositivo muy til que
mejora la eficacia de uso diario electrnico y elctrico puede comprobar
fcilmente la competencia y la durabilidad de los equipos industriales con la
ayuda de estas pruebas. Una mquina de pruebas de la superioridad y el
buen funcionamiento de todos los aparatos utilizados en lo comercial as
Como el dominio no-comercial. Los expertos del sector creen que las
pruebas de los equipos son absolutamente indispensables para juzgar la
calidad y la eficiencia de las mquinas. Una mquina de prueba mejora el
rendimiento general de los dispositivos elctricos domsticos en forma muy
apropiada. El proceso de prueba reduce la sobrecarga de mantenimiento de
los equipos utilizados en las aplicaciones industriales.
La Prueba de los equipos permite a los fabricantes asegurar la calidad
y consistencia en todas las facetas del negocio, desde la entrada de
materias primas hasta el acabado y sofisticada prueba de los diferentes
materiales.
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II.- Antecedentes
El cliente del proyecto llamado PAREMA, se dedica a la venta de
refacciones para motores diesel, as como a reparar ciertos elementos del
motor, ya que cuenta con un laboratorio diesel en el cual realizan tareas
tales como reparar inyectores para motores diesel. El problema que tiene es
que al reparar un inyector, solo cuentan con un pequeo probador en el cual
solo se verifica el funcionamiento del inyector al pulverizar el combustible,
sin embargo no cuentan con el equipo de pruebas necesario para poder
verificar que la cantidad de diesel pulverizada sea la correcta, la cual es
especificada por el fabricante. Debido a esto tienen que recurrir a otros
laboratorios diesel que si cuenten con dicho equipo de pruebas, generando
costos por realizar las pruebas en laboratorios externos, elevando el costo
de reparacin, adems de retrasar los tiempos de entrega de los inyectores
ya reparados a sus clientes.
En busca de hacerse de un banco de pruebas para inyectores Diesel,
acudi a Mecatronix para plantearle el proyecto de que se disee y fabrique
el banco de pruebas basndose en los ya existentes en el mercado.
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III.- Justificacin
Debido al alto costo de un banco de pruebas importado, el diseo no
ha contado con grandes innovaciones en los ltimos aos, se llevar a cabo
el proyecto, el cul seguir la ideologa de Mecatronix Automation de lograr
el ms alto nivel de automatizacin posible en los diferentes proyectos que
lleva a cabo, con lo cual se obtendr una disminucin para el cliente en los
tiempos de entrega, adems de generar ahorro a futuro por concepto de
pruebas con un laboratorio.
A travs del diseo, se busca solucionar problemas y satisfacer
necesidades presentes y futuras. Para ello, se utilizan recursos limitados, en
el marco de condiciones y restricciones, en respuesta a las especificaciones
deseadas. El diseo involucra procesos de pensamiento relacionados con la
anticipacin, la generacin de preguntas, la deteccin de necesidades,
restricciones y especificaciones, el reconocimiento de oportunidades, la
bsqueda y el planteamiento creativo de mltiples soluciones, su evaluacin
Y desarrollo, as como la identificacin de nuevos problemas derivados de la
solucin propuesta.
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IV.- Objetivos
El objetivo principal est centrado en disear una mquina
electromecnica que permita hacer pruebas de manera simple y automtica,
permitiendo probar de manera precisa y completa, y sin complicaciones al
operador.
Disear una mquina probadora de inyectores a diesel
El equipo tendr que ser de bajo costo de entre $15.000 y $17.000
USD
Se requiere probar 2 tipos de inyectores: HEUI y EUI
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V.- Alcances
1.-Conocere investigar acerca del proyecto asignado por la empresa
(lunes10/ 09/2012 al lunes 24/09/2012)
2.- Elaboracin de una propuesta (lunes24/09/2012 al lunes 08/10/2012)
3.- Se Comienza el diseo de la maquina (lunes 08/10/2012 al lunes
05/11/2012)
4.-Lista de material, equipo, y programacin de la maquina (lunes
05/11/2012 al lunes 03/12/2012)
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IV.- Fundamentacin Terica
4.0.-Descripcin y funcionamiento de los inyectores unitarios
Como base del diseo de la mquina, se tiene que comenzar con
conocer cul es el funcionamiento de los inyectores que podrn ser
probados en la misma, los cuales son del sistema UIS (Sistema de Inyector
Unitario) [1]
4.1.-Descripcin del sistema UIS
Los sistemas de inyeccin Unit Injector System UIS (tambin llamado
unidad de bomba-inyector) son hoy en da los sistemas que permiten
alcanzar las mayores presiones de inyeccin.
El sistema bomba-inyector de Bosch, se coloco por primera vez en un
vehculo a finales de 1998 con una nueva generacin de motores diesel de
inyeccin directa, los cuales dan altas prestaciones, as como bajos
consumos y reducidas emisiones contaminantes. Este sistema es utilizado
tanto en automviles de pasajeros como vehculos comerciales. [1]
4.2.-Funcionamiento inyectores EUI (Inyector Unitario Electrnico)
Es un sistema integrado de inyeccin directa de combustible para
motores diesel, el cual combina la tobera del inyector y la bomba de
inyeccin en un solo componente. La bomba es accionada regularmente por
un rbol de levas. [1]
4.3.-Principio de operacin
Su operacin puede describirse como una secuencia de cuatro fases
separadas: la fase de llenado, la fase de derrame, la fase de inyeccin y la
fase de reduccin de presin.
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Una bomba de combustible de baja presin suministra el diesel ya
filtrado dentro de los ductos de la cabeza del cilindro y dentro de cada
inyector para llegar a una sola direccin de la bomba del inyector, la cual es
operada por un rbol de levas a la cabeza.
Fase de llenado
La bomba del inyector, al elevarse obtiene combustible del
ducto de suministro, y el tiempo que la vlvula solenoide
permanece desenergizada, la lnea de combustible est abierta
Fase de derrame
El elemento de la bomba se desplaza hacia abajo, y mientras que la
vlvula solenoide este desenergizada, la lnea de combustible est abierta y
el combustible fluye a travs del ducto de retorno al tanque.
Fase de inyeccin
El elemento de la bomba sigue desplazndose hacia abajo, pero el
solenoide esta ahora energizado y la lnea de combustible est cerrada. El
combustible no puede pasar por el ducto de retorno y el combustible es
ahora comprimido por el embolo hasta que la presin excede la presin de
apertura y la aguja de la boquilla se eleva, permitiendo que el combustible
sea inyectado dentro de la cmara de combustin.
Fase de reduccin de presin
Mientras que el mbolo se desplaza hacia abajo, el solenoide es
desenergizado cuando la cantidad de combustible requerida es entregada, la
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vlvula de combustible se abre as como el ducto de retorno al tanque,
causando que descienda la presin, lo cual causa que la aguja de la boquilla
del inyector se cierre, por lo tanto no es inyectado ms combustible. [2]
Figura 6.1.Sistema de inyeccin unitaria
Entre las ventajas con las que cuenta con respecto a otros dispositivos, se
encuentran las siguientes:
Alta presin de inyeccin, hasta 2000 bar.
Comienzo de inyeccin variable
Posibilidad de una inyeccin previa
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Figura 6.2.Componentes del inyector unitario
Los sistemas de inyector unitario tienen 3 principales Componentes:
Bomba, genera la presin en el combustible para que este
sea inyectado
Electrovlvula, controla el tiempo de duracin de la
inyeccin.
Inyector, pulveriza el combustible que ser inyectado en la
cmara de combustin.
El tiempo de inyeccin en estos sistemas es controlado mediante una
electrovlvula integrada. El momento de activacin de la electrovlvula
determina el comienzo de la inyeccin, as como el tiempo durante el cual
esta activada la electrovlvula determina el caudal de inyeccin. El momento
y la duracin de la activacin son determinados por la unidad electrnica de
control (ECU), de acuerdo con los patrones que tenga programados en su
memoria y teniendo en cuenta el estado de servicio actual del motor a travs
de los diferentes sensores.
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Entre los datos importantes que toma en cuenta la ECU se encuentran:
El ngulo del cigeal
Las RPM del rbol de levas
La posicin del pedal del acelerador
La presin de sobrealimentacin (en caso de contar con ella)
La temperatura del aire de admisin, del lquido refrigerante
y de Combustible
La velocidad del vehculo
Los motores que integran este sistema cuentan con parte de baja y alta
presin de combustible.
Parte de baja presin:
Est conformada por la bomba de transferencia de combustible, la cual
bombea el diesel del tanque hacia el inyector, en un rango de presin de 65a
100 psi, dependiendo del modelo de la bomba. Existen 2 tipos de
funcionamiento de esta bomba, puede ser una bomba mecnica conectada
al rbol de levas, o una bomba elctrica localizada en el tanque de
combustible. [2]
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Figura 6.3.Bomba de transferencia de combustible
4.4.-Parte de alta presin
La parte de alta presin est conformada por la unidad bomba-inyector,
la cual es la que se encarga de inyectar el combustible en el interior del
cilindro del motor en el momento determinado por la ECU. Hay una unidad
bomba-inyector (7) por cada cilindro del motor, montada sobre la culata. El
inyector (4) esta insertado directamente en la cmara de combustin (8). El
rbol de levas (2) del motor tiene para cada unidad una leva de
accionamiento. La carrera de la leva es transmitida por un balancn (1) al
mbolo de la bomba (6) para que esta suba y baje, y con esto bombee el
combustible y lo aspire de la alimentacin de la bomba de transferencia. El
comienzo de la inyeccin y el caudal de inyeccin dependen de la
energizacin del solenoide (5) de la electrovlvula (3) y de la velocidad
actual del mbolo de la bomba, la cual es determinada por la forma de la
leva. [3]
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Figura 6.4.Parte de alta presin
4.5.-Funcionamiento EUI
El funcionamiento bsico del sistema se describe como una secuencia
de 4carreras diferentes:
Carrera de aspiracin: El mbolo de la bomba se mueve hacia arriba
mediante el muelle de reposicin. El combustible, que se encuentra
permanentemente bajo sobrepresin, fluye desde la parte de baja presin de
la alimentacin de combustible, a travs de los taladros de entrada
integrados en el bloque del motor y el canal de entrada de combustible, a la
cmara de baja presin tambin llamada cmara de electrovlvula. La
electrovlvula est abierta. El combustible llega a travs de un taladro de
comunicacin a la cmara de alta presin. [3]
Carrera previa: El mbolo de bomba baja debido al giro de la leva de
accionamiento. La electrovlvula est abierta y el combustible es presionado
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por el mbolo de bomba, a travs del canal de retorno de combustible, a la
parte de baja presin de la alimentacin de combustible.
Carrera de alimentacin y proceso de inyeccin: La unidad de control
suministra corriente a la bobina del solenoide en un momento determinado,
de modo que la aguja de la electrovlvula es atrada al asiento, por la fuerza
electromotriz, cortndose la comunicacin entre la cmara de alta presin y
la parte de baja presin. La presin del combustible en la cmara de alta
presin aumenta debido al movimiento del mbolo de la bomba y con ello
aumenta tambin la presin en el inyector. Al alcanzarse la presin de
apertura de inyector de aprox. 300 bares se levantarn la aguja del inyector
y el combustible se inyecta en la cmara de combustin o comienzo de
alimentacin. A causa del elevado caudal de alimentacin del mbolo de
bomba sigue aumentando la presin durante todo el proceso de inyeccin.
Carrera residual: Si se desconecta el solenoide, la electrovlvula se abre
despus de un breve tiempo de retardo y habilita nuevamente el paso a
travs de la comunicacin entre la cmara de alta presin y la parte de baja
presin. En la fase de transicin entre la carrera de alimentacin y la carrera
residual se alcanza la presin punta. Esta vara, segn el tipo de bomba,
entre 1800 y 2050 bar como mximo. Despus de estar abierta la
electrovlvula, la presin cae rpidamente. Al haberse quedado debajo del
valor de la presin de cierre de inyector, el inyector se cerrar y finalizar el
proceso de inyeccin. El combustible restante, suministrado por el elemento
de bomba hasta la cspide de la leva de accionamiento, es presionado hacia
la parte de baja presin a travs del canal de retorno. [3]
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Figura 6.5.Funcionamiento de la unidad bomba-inyector
Durante la inyeccin principal la Electrovlvula de alta presin
La electrovlvula de alta presin tiene la funcin de iniciar la inyeccin en el
momento correcto y de garantizar una dosificacin exacta del caudal de
combustible a travs de una duracin precisa de la inyeccin. Se divide en
dos grupos constructivos: vlvula e imn.
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Figura 6.6. Esquema interno de una electrovlvula de alta presin
La vlvula consta de la aguja de vlvula, el cuerpo de vlvula (12)
integrado en el cuerpo de la bomba y el muelle de la vlvula (1). El asiento
de cierre del cuerpo de vlvula se fabrica con rectificado cnico (10) y la
aguja de la vlvula posee igualmente un asiento de cierre cnico (11). El
ngulo del cono de la aguja es algo mayor que el del cuerpo de la vlvula.
As, cuando la vlvula se cierra, la aguja presiona contra el cuerpo de vlvula
haciendo contacto nicamente sobre una lnea: el asiento de vlvula. [4]
El imn lo forman la culata magntica fija y el inducido mvil (16). La
culata magntica es un ncleo magntico (15) y una bobina (6), con los
contactos elctricos correspondientes, junto con el conector (8), que
alimenta la tensin del circuito. El inducido est fijado en la aguja de la
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vlvula. Entre la culata magntica y el inducido hay, en la posicin de
reposo, un entrehierro.
El funcionamiento es sencillo. La electrovlvula cuenta con dos
posiciones:
Abierta o cerrada. La vlvula est abierta si no hay corriente atravesando la
bobina del imn y est cerrada cuando la unidad de control activa la bobina
dndole tensin.
Figura 6.7. Diagrama de vlvula abierta y cerrada
Vlvula abierta: La fuerza ejercida por el muelle de vlvula en la aguja
empuja esta contra el tope. De este modo queda abierta la seccin de paso
entre la aguja y el cuerpo de la vlvula en la zona del asiento de la vlvula.
En definitiva estn comunicadas entre si las zonas de alta presin y baja
presin de la bomba. En esta posicin de reposo puede fluir el combustible,
tanto en una direccin como en la otra. Vlvula cerrada: Cuando se ha de
efectuar la inyeccin, se activa la bobina. La corriente de excitacin genera
un flujo magntico en las piezas que componen el circuito magntico (ncleo
magntico e inducido). Este flujo magntico genera una fuerza electromotriz
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que atrae el inducido hacia la culata, hasta el punto en el que hacen contacto
la aguja y el cuerpo de la vlvula en el asiento de cierre.
Entre el inducido y la culata magntica continua habiendo un entrehierro
residual.
La vlvula est cerrada. La fuerza magntica no slo tiene que atraer el
inducido sino que tambin tiene que vencer la fuerza ejercida por el muelle
de la vlvula, y seguir resistiendo a la misma, por lo que tambin ha de
soportar la fuerza que ejerce la presin del combustible. La fuerza en el
inducido persiste mientras haya corriente que fluya a travs de la bobina.
Cuando la inyeccin tenga que concluir, se desconecta la corriente que
atraviesa la bobina, con lo que se perdern el flujo magntico y en
consecuencia la fuerza magntica. El muelle presiona la aguja de la vlvula,
llevndola a la posicin de reposo.
Los inyectores son elementos esenciales en un motor Diesel. Influyen
en la combustin y, por tanto, en la potencia del motor, sus gases de escape
y los ruidos y vibraciones originados. La misin de estos dispositivos es:
Dar al desarrollo de la inyeccin la distribucin exacta de la presin y del
caudal por cada grado de giro del ngulo del cigeal.
La pulverizacin y distribucin del combustible en la cmara de combustin.
[4]
.
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Figura 6.8. Inyector de taladro ciego
A travs de las toberas o agujeros de inyeccin (5) se inyecta el
combustible en la cmara de combustin del motor Diesel. En los sistemas
de inyeccin de alta presin, la tobera se encuentra integrada en el inyector
y debe de estar adaptada a las diferentes condiciones del motor .La espiga
de presin (1) es la encargada de abrir las toberas si la presin del
combustible es la adecuada. Sobre esta espiga, adems de la presin del
sistema (Fd), acta la fuerza (Fm) del muelle de compresin (o muelle de
inyector). Est calibrado de forma que se abra con una presin de aprox.
300 bares (4350 psi). El caudal de inyeccin se determina por el tamao de
las toberas y la duracin de la inyeccin.
Los inyectores de orificios se emplean para motores que funcionan
segn el proceso de inyeccin directa. La posicin de montaje viene
1. Espiga de presin
2. Superficie de tope de carrera
3. Taladro de entrada
4. Reborde de apoyo de presin
5. Casquete del inyector 6. Cono de inyeccin
7. Vstago del cuerpo del inyector
8. Reborde del cuerpo del
inyector 9. Cmara de presin 10. Gua de aguja 11. Unidad combinada del
cuerpo del inyector 12. Taladro de fi jacin 13. Superficie estanqueizante 14. Apoyo de perno de presin
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determinada generalmente por el diseo del motor. Los agujeros de
inyeccin dispuestos bajo diferentes ngulos tienen que estar orientados de
forma idnea para la cmara de combustin. Los inyectores de orificios se
dividen en: Inyectores de taladro ciego.
Inyectores de taladro en asiento.
Figura 6.9. Casquetes de inyectores y formas de taladro ciego
Adems los inyectores de orificios se distinguen por su tamao
constructivo entre: Tipo P con un dimetro de aguja de 4 mm (inyectores de
taladro ciego y de taladro en asiento).
Tipo S con un dimetro de aguja de 5 y 6 mm (inyectores de taladro ciego
para motores grandes).
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Los agujeros de inyeccin se encuentran sobre la envoltura del
casquete de inyector. La cantidad de orificios y el dimetro de los mismos
depende de:
- El caudal de inyeccin necesario.
- La forma de la cmara de combustin.
La turbulencia de aire (rotacin) en la cmara de combustin.
Los inyectores deben de estar adaptados esmeradamente a las condiciones
presentes en el motor. La dimensin de los inyectores es decisiva para:
La dosificacin de la inyeccin (duracin y caudal de inyeccin porcada
grado de ngulo del cigeal).
La preparacin del combustible (numero de chorros, forma y pulverizacin
del chorro de combustible).
La distribucin del combustible en la cmara de combustin. El
combustible que ocupa el volumen debajo del asiento de la aguja del
inyector se evapora despus de la combustin, contribuye as de forma
esencial a las emisiones de hidrocarburos (HC) del motor. Por ello es
importante mantener lo ms reducido posible este volumen (volumen
residual o contaminantes).
Los inyectores deben de estar adaptados esmeradamente a las
condiciones presentes en el motor. La dimensin de los inyectores es
decisiva para:
- La dosificacin de la inyeccin (duracin y caudal de inyeccin por
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cada grado de ngulo del cigeal).
- La preparacin del combustible (numero de chorros, forma y pulverizacin
del chorro de combustible).
- La distribucin del combustible en la cmara de combustin.
El combustible que ocupa el volumen debajo del asiento de la aguja
del inyector se evapora despus de la combustin, contribuye as de forma
esencial a las emisiones de hidrocarburos (HC) del motor. Por ello es
importante mantener lo ms reducido posible este volumen (volumen
residual o contaminantes). [5]
4.6.-Caractersticas de los bancos de prueba existentes en el mercado
Se tomaron como base del diseo del proyecto 2 bancos de prueba
diferentes, el modelo DPA-340 de la americana Diesel Parts of America y el
modelo DIT31 de la europea DETEQ. [5]
Figura 6.10 bancos de pruebas DPA-340 Y DIT-31
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4.7.-Principios de operacin de sensores de flujo
En los sensores de flujo existen diferentes principios de operacin, lo
que hace que dependiendo del proceso a realizar, se tengan varias opciones
para elegir cual sea lamas adecuado. Los sensores que se probaron tenan
los siguientes principios de funcionamiento: trmico, de desplazamiento
positivo (paleta giratoria) y de placa (mecatrnico).Medidor trmico de caudal
Se basan comnmente en dos principios fsicos:
A) La elevacin de temperatura del fluido en su paso por un cuerpo
caliente.
B) La prdida de calor experimentada por un cuerpo inmerso en el fluido.
En el sensor se colocan dos sensores resistivos de temperatura
(termistores), y en el centro de ellos una pequea resistencia calentadora. Si
ambos termistores leen la misma temperatura el fluido no est circulando.
Ahora, segn aumenta el flujo, uno de los termistores lee la temperatura
inicial del fluido mientras que el otro lee la temperatura del fluido calentado.
El cambio de temperatura resultante es una medida para el caudal. Con este
sistema no solo se puede leer el caudal, sino que adems se sabe el sentido
de circulacin.
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Figura6.11 Diagrama funcionamiento de medidor trmico
La ventaja de este tipo de sensor de flujo es que se puede conocer la
cantidad de masa del fluido que ha circulado y las variaciones depresin en
el fluido, afectan poco a la medicin.
Medidor de paletas giratorias
Los medidores de desplazamiento positivo miden la cantidad de fluido
que circula por un conducto, dividiendo el flujo en volmenes separados y
sumando los volmenes que pasan a travs del medidor. En cada medidor,
se pueden destacar tres componentes comunes.
Desplazador, que, bajo la accin del fluido circulando, transfiere el
fluido desde el final de una cmara a la siguiente, y mecanismo indicador o
registrador, conectado al desplazador, que cuenta el nmero de veces que el
desplazador se mueve de una parte a otra en la cmara de trabajo.
Bypass
Medidor Elemento
de flujo
Caudales bajos
Medidor
Bypass
Orificio
principal
Caudales altos
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Los medidores de desplazamiento positivo miden el caudal en volumen o
integrando volmenes separados del liquido. Las partes mecnicas del
instrumento se mueven aprovechando la energa del fluido y dan lugar a una
prdida de carga.
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VII.- Plan de Actividades
Tabla 7.1.- Plan de Actividades
Semana
de Actividades
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
15
9.0 Conocer la empresa y proyecto asignado
9.1 Definicin del problema
9.2. Informacin. Investigacin Y Anlisis que se le fue solicitada al cliente
9.3 Caractersticas del control de inyeccin
9.4 Diseo de una mquina electromecnica para la comprobacin de inyectores
9.5 Lista de Componentes y Precios
9.6 Imgenes de la Programacin de la maquina
9.7 Elaboracin del manual
9.8 Entrega de Diseo
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VIII.- Recursos humanos y Materiales
1 Computadora
2 Impresora
3. programa solidworks
4. programa Cate
5.- programa Tia Portal
Gerente General
Ing. Luis Enrique Reyna
Coordinador de reas
Gerente de Proyectos Mecnicos
Ing. Luis Castan
Gerente de Proyectos de Automatizacin
Ing. Leonardo Alaniz
Tecnico en Mecatronica Jos
Erick Olvera Rodrguez
Administracin
Lic. Mara Aranda
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IX.-Desarrollo del proyecto
9.0.-Conocer la empresa y proyecto asignado
Datos Generales
Nombre: Mecatronix Automation
Ubicacin de la empresa: Sierra de Huichapan 224, Col. Villas del Sol,
Quertaro, Qro., Tel.: (442) 195 9919
Giro de la empresa: Industrial
Tamao de la empresa: Microempresa
Rama: Integracin de proyectos
Breve Resea Histrica de la empresa
Inicio operaciones en el ao de 1997 en el Estado de Quertaro
con la razn Social de Mecatronix S.A de C.V., como despacho de
diseo de Ingeniera en la Regin, pero en el ao 2003 la Empresa
Mecatronix cambio de razn social a Mecatronix Automation,
llamndose as en la actualidad.
Con el transcurso de los aos se han desarrollado las instalaciones
y las reas de diseo y taller.
Cuenta con 15 aos de experiencia en el diseo y fabricacin de
equipos Automatizados, siempre se est actualizando con lo ltimo en
equipos neumticos, Electrnicos y mecnicos con el entorno nacional
e internacional. Cuenta con taller de torno, fresado y soldadura para
la fabricacin del sistema que el cliente requiera.
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Misin, Visin y polticas
Misin
Ser un proveedor confiable de productos y servicios en
automatizacin, generando un valor superior para nuestros clientes,
nuestros empleados y nuestra compaa.
Visin
Ser reconocidos en el Estado de Quertaro como empresa lder en el
sector de productos y servicios.
Polticas
En Mecatronix Automation estamos trabajando para ser la
compaa de integracin de sistemas y automatizacin ms
importante y reconocida por nuestros clientes en nuestra regin y a
nivel nacional.
Esta poltica requiere de los conceptos de mejoramiento continuo
en sus Procesos a travs de gente inspirada enfocada en la
completa satisfaccin de Nuestros clientes mejorando el costo,
entrega, calidad, seguridad y moral.
El proyecto asignado
Disear una mquina para la comprobacin de inyectores a Diesel
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9.1.- Definicin del problema
El cliente del proyecto PAREMA DIESEL TEAM Es una empresa
ubicada en el Distrito Federal. PAREMA se dedica a la venta de
motores diesel, a si como a reparar ciertos elementos del motor ya que
cuenta con un laboratorio diesel en el cual realizan tareas tales como
reparar inyectores para motores diesel. El problema que tiene es que al
reparar un inyector, solo cuentan con un pequeo probador en el cual
solo se verifica el funcionamiento del inyector al pulverizar el
combustible, sin embargo no cuentan con el equipo de pruebas
necesario para poder verificar que la cantidad de diesel pulverizada
sea la correcta, la cual es especificada por el fabricante. Debido a esto
tienen que recurrir a otros laboratorios diesel que si cuenten con dicho
equipo de pruebas, generando costos por realizar las pruebas en
laboratorios externos, elevando el costo de reparacin, adems de
retrasar los tiempos de entrega de los inyectores ya reparados a sus
clientes.
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9.2.- Informacin. Investigacin Y Anlisis
Que se le fue solicitada al cliente
Investigacin anlisis que se le fue solicitada al cliente la siguiente
informacin para poder empezar a sentar las bases de lo que sera el diseo
de la mquina.
Requerimientos solicitados al cliente para un pleno desarrollo
- Medida de presin manejada durante la operacin
- Medida de presin de la bomba de combustible
- Tabla de caracterizacin de cada inyector
- Muestras fsicas de inyectores maestros (calibracin conocida)
- Vaso muestra de recoleccin
- Manuales de uso e instalacin de cada inyector
- Temperaturas de operacin del aceite hidrulico
- Manual de productos similares
- Nmero y tipo de inyectores (marca y modelo) a ser probados
- Hoja de proceso estandarizada para cada uno de los inyectores
- Variables que se manejan durante el proceso (presin del aceite, presin
del combustible, rpm por pulsos del inyector) de acuerdo a las
especificaciones del fabricante.
- Planes de pruebas de cada uno de los inyectores a ser probados de
acuerdo a tcnico operador
- Definicin de variantes de pruebas, (Por ejemplo, si solo se prueba un solo
inyector o si se prueban los 6 al mismo tiempo)
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- Detalles de pruebas de pre-requisito (por ejemplo detalle de pruebas
anteriores con equipos diferentes antes de ser probados en este equipo)
- Definiciones especiales del sistema (si hay algo que se requiera que no
est contemplado)
- Breve explicacin de sistemas de inyeccin Diesel para este equipo y otros
ms.
9.3.-Caractersticas del control de inyeccin
Control automtico del ancho de pulso de 12.5 a 100 ms, equivalente a
la duracin de la inyeccin
-Contador de hasta 1000 inyecciones y operacin contina
-Simulacin de rpm variables para los inyectores HEUI en un rango de300 a
2000 rpm
-Control del tiempo de prueba de 1 a 60 segundos
Dentro de los datos solicitados al cliente, uno de los ms importantes
son las especificaciones de los inyectores, tales como la cantidad de diesel
inyectado por cada modelo de inyector que se muestran en la tabla
siguiente:
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Tabla 9.1.- Cantidad de diesel inyectado por los inyectores para motor de la
marca Detroit Diesel.
De igual manera, le fueron requeridos a PAREMA los parmetros de prueba
para los diferentes tipos de inyectores que se muestran en la siguiente tabla:
Serie del motor ID del inyector mm3/inyeccin
92 4770 85-90
92 4775 96-101
60-12L 4785 168-178
60-12L 4795 182-192
71 & 92 4850 86-91
60-11L 4865 146-156
60-11L 4870 156-166
71 & 92 4915 90-95
92 4925 127-133
60-11L 4935 135-145
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Tabla 9.2.- Parmetros de prueba
Levantamiento Tcnico.
As mismo, se realizo una investigacin sobre las normas y/o estndares con
los cuales debe de cumplir la mquina, y se encontraron las siguientes:
.NOM-004-STPS-1999, Sistemas de proteccin y dispositivos de
seguridad en la maquinaria, equipos y accesorios que se utilicen en
los centros de trabajo.
NOM-026-STPS-2008, Colores y seales de seguridad e higiene, e
identificacin de riesgos por fluidos conducidos en tuberas
Desarrollo de conceptos y seleccin de alternativas
En esta fase se han utilizado tcnicas de creatividad para intentar
resolver el Problema planteado desde las diferentes perspectivas. Entre ellas
cabe destacar la lluvia de ideas a partir de ellas se han contemplado
distintas alternativas que posteriormente fueron estudiadas y valoradas.
Parmetros Prueba de inyector HEUI (Trabaja con presin hidrulica)
Prueba de inyector EUI (Trabaja con
una leva)
Velocidad de prueba
300 a 2000 rpm 300 a 1100 rpm
Presin hidrulica 750 a 1000 psi No
disponible
Presin de combustible
60 a 150 psi 60 a 150 psi
Duracin de la
prueba
28 a 32 segundos 28 a 32
segundos
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9.4.- Diseo de una mquina electromecnica para la comprobacin de
inyectores
Diseo de una mquina electromecnica para la comprobacin de
inyectores HEUI, inyectores que trabajan con presin de combustible y
presin de aceite, e inyectores EUI y HEUI
El proyecto Diseo de un equipo de prueba de inyectores, se han
realizado bocetos y croquis a mano alzada con el fin de ilustrar las formas y
conceptos generados, comentando las ventajas e inconvenientes
observados en cada uno de ellos. Entre las alternativas estudiadas,
analizadas y valoradas se ha seleccionado aquella que en funcin de los
autores se ha estimado como la que mejor respuesta ofreca al problema
planteado y se ha tomado como solucin.
Figura 9.1. Elementos Bsicos del equipo de inyectores HEUI
A partir del boceto que se ilustra arriba, de la solucin elegida se ha
realizado un dibujo en Solid Works, con la primera propuesta de diseo
donde se han analizado las diferentes partes que lo componen.
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Figura 9.2. Vista general de la mquina
Al inicio del proyecto se tena pensado implementar el mismo mtodo
de medicin que es utilizado en las mquinas que se encuentran
actualmente en el mercado, el cual consiste de recaudar el diesel inyectado
en una probeta, la cual est debidamente graduada, para que de esta forma
el operador tome la lectura de la misma despus de terminar la prueba.
Como nica innovacin, solo se tena pensado agregar al panel de
operacin con un interfaz HMI, en la cual se podran controlar los
diferentes parmetros de la prueba, tales como el tiempo de prueba, el
ancho de pulso de la seal PWM, la velocidad del motor (rpm), encendido de
la bomba de combustible e hidrulica. En la figura de abajo se muestra una
imagen de lo que podra ser el panel de operacin.
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Figura9.3. Panel de operacin
En el panel de operacin se incluye el botn de encendido de la
mquina, as como las vlvulas para ajustar tanto la presin hidrulica como
la del combustible.
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Figura9.4.Vista general de la Maquina.
9.5.- Lista de Componentes y Precios
1Banco $3000 USD
Probetas, remplazando el sensor de flujo $500 cada una USD
Hidrulica bomba $4000 USD
Partes hidrulica $2000 USD
1 Vlvula de regulacin de presin de operacin uso Rudo y alivio (Alta
Presin) y 1 Vlvula de regulacin de presin de combustible (Baja Presin)
$2000 USD
6 Arns de inyectores $1800 USD
1 Interfaz HMI marca Siemens Touchscreen $ 3200 USD
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Figura 9.5. Sistema de probetas para conocer el volumen
El sistema de probetas, constara de 6 probetas graduadas que
estaran dentro de una estructura en la parte superior de la mquina. A
estas probetas llegara el diesel pulverizado por los inyectores mediante una
tubera del inyector a la parte superior de la probeta
Figura 9.6.PLC Siemens 1214C
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Se planea que el PWM a utilizar para enviar el pulso al solenoide que
inicia el ciclo de inyeccin se controle tambin desde el PLC, lo cual pondra
un ahorro de espacio al no implementar otro dispositivo de PWM en la
mquina, evitando con estos problemas que se pudieran tener en la
comunicacin entre lo que sera un PWM externo con el PLC.
As mismo se tiene pensado incluir una interfaz HMI Siemens KTP 600
Basic, desde la cual se operar la mquina. En el HMI se seleccionar el tipo
y modelo de inyector a probar, y de esta manera se realizaran los ajustes
automticamente de los parmetros de prueba especficos para cada
modelo de inyector a probar.
Otra perifrico que se piensa incluir es una pequea impresora en la
cual se den los resultados obtenidos de la prueba, y que adems incluya
una grfica de comportamiento del inyector, y que ah mismo se muestre
el resultado de la prueba.
Figura9.7. pantalla HMI
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1 Interfaz HMI marca Siemens Touchscreen, mediante este dispositivo el
operador manipular la mquina, adems de seleccionar la tarea requerida.
9.6.-Imgenes de la Programacin de la mquina
A continuacin se presentan unas imgenes de lo que fue la
programacin en el PLC siemens 12 entradas y 14 salidas Digitales S71200
lo cual se ocuparon 7 salidas y 7 entradas en el programa TIA PORTAL.
Figura 9.8.Programa de la mquina.
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Figura 9.9.Programacin de la mquina
Figura 9.10. Programacin de la mquina
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Consideraciones Medioambientales
Los materiales que se han previsto en el diseo de la herramienta son
fundamentalmente metlicos y por tanto reciclables. Esta caracterstica
tambin ser exigida a los materiales plsticos que se utilicen en el protector
y en las empuaduras, podemos decir que tanto el producto como su envase
son respetuosos con el medio ambiente en su diseo han tenido en cuenta
factores ecolgicos.
El aceite hidrulico deber ser tratado de acuerdo a la norma ISO
14000 y las aplicables en Mxico como residuos peligrosos, de manera tal
que se deben contener derrames y la reutilizacin de dicho aceite deber
coordinarse pues siendo residuo peligroso deber ser dispuesto de manera
adecuada.
9.7.-Elaboracin del manual
En esta parte se tiene una idea clara de lo que es la estructura del
proyecto, tomando referencia la vista del diseo del proyecto de que partes
se llevaran; se comienza la elaboracin del manual el cual est conformado
por los siguientes puntos:
- GENERALIDADES: Son las definiciones que se mencionan como est
estructurado el proyecto parte por parte de la mquina.
- INSTALACION Y ARRANQUE: En esta parte se habla de las instrucciones
paso a paso de como se comienza la instalacin y arranque de la maquina
cuando es puesto en marcha.
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- OPERACIN Y PANTALLA INTELIGENTE: En esta parte se habla de
la operacin del equipo y funcin de cada dispositivo, se menciona lo que
es la parte de control de la maquina tanto el plc y la pantalla, as como su
modo de operacin del equipo.
- PLC E INFORMACION DEL PROGRAMA: En esta parte se habla del
programa de la mquina, diagramas de conexin, programacin que
generalmente se puede encontrar en una carpeta adicional o en una libreta
adicional anexada en el manual.
- MANTENIMIENTO: En esta parte se menciona el mantenimiento
preventivo de la maquina con un programa de actividades de acuerdo con
cada sistema ya se ha hidrulica, neumtico, elctrico etc. que contenga
esta mquina con una secuencia de tiempo requerido alas veces que se ha
necesaria su revisin de cada dispositivo o partes de la mquina.
- IDENTIFICACION DE PROBLEMAS: En esta parte se menciona las
posibles fallas que podra tener el equipo, las posibles causas y las posibles
soluciones que se tomaran en cuenta, para una mayor eficiencia en el
problema.
- PARTES RECOMENDADAS: En esta parte se dan a conocer las
refacciones que se tendrn que utilizar , en dado caso que algn dispositivo
comenzar a fallar o se llegue a daar ; La informacin se tiene con
nmeros de serie de las refaccin en tanto as como los posibles
proveedores que podran tener las refacciones requeridas.
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- MANUAL COMPLEMENTARIO: En esta parte se muestra los datos de los
dispositivos y componentes de la maquina que generalmente se localizan
en una carpeta adicional anexa tambin en el manual.
- DIBUJOS Y DIAGRAMAS ESQUEMATICOS: En esta ltima parte se
muestra la representacin simblica de los elementos de una mquina o
instalacin. Se puede definir como el dibujo en el que los smbolos grficos
se utilizan para Indicar la funcin de las piezas o elementos de un sistema y
las relaciones entre ellos.
9.8.-Entrega de diseo.
En esta parte final se hace entrega del diseo al cliente por lo cual se
espera su respuesta de aprobacin para el inicio de ensamblaje que vendr
despus en la fecha acordada, por la misma poltica de la empresa
MECATRONIX.
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X.- Resultados Obtenidos
Objetivo Resultado obtenido
Disear una mquina para la
Comprobacin de inyectores a diesel
Se logr en un 100% el diseo y se
mejoro a los ya existentes en el
mercado adaptndole una pantalla
HMI como se muestra en el
desarrollo.
El equipo tendr que ser de
bajo costo de entre $15.000 y
$17.000 USD
Se logr el costo adquirido de la
mquina cumpliendo con un total de
material de $16.500 USD
Se requiere probar 2 tipos de
inyectores: HEUI y EUI
Los dos tipos de inyectores se
lograron como se muestra en el
desarrollo y en el diseo de la
mquina
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XI.- Anlisis de Riesgos
Las limitaciones o barreras que pusieron en riesgo el proyecto, fue que
el cliente solo dio el primer pago, se atraso con los pagos siguientes lo cual
el proyecto se quedo sin presupuesto y , sin inters del dueo de la
empresa y no se pudo avanzar.
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XII.- Conclusin
En lo personal el sistema que tiene y que se maneja actualmente en la
(UTEQ) Universidad Tecnolgica de Quertaro me parece excelente, ya que
nos da la oportunidad de estar cuatro meses en una empresa y poner en
prctica lo aprendido en la escuela, desarrollar nuevas habilidades y darse
cuenta de que apenas vamos comenzando, que nos falta mucho por
aprender y me doy cuenta de que me falta mucha prctica, porque no es lo
mismo en la escuela las tareas a ya estarlo viviendo y practicndolo, lo ms
importante es que uno ya se encuentra con problemas reales, ah es donde
uno tiene que ingenirselas para sacar el problema adelante, ya que est ah
y quien lo tiene que resolver es uno y eso te va haciendo crecer da a da en
lo profesional.
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XII.- Recomendaciones
Lo mejor sera poner el sensor de flujo que las probetas, sera mayor
la precisin y exactitud en la medicin, como lo es el funcionamiento del
dispositivo, de la bobina magntica produce un pulso de voltaje que se
alimenta de un medidor de frecuencia y un contador elctrico empieza a
convertir dicha velocidad en lecturas de velocidad de flujo con esto hace que
se ha mucho ms eficiente y exacto el resultado obtenido de cada prueba
que unas probetas graduadas, sera un poco ms caro pero valdra la pena
la inversin.
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XIV.- Referencias Bibliogrficas
Guitian., A. M. (2004). Manual de automoviles. Espaa: Dossat 2000. (p.125)
[1]
Bosch (1998)Sistemas de inyeccin diesel. (s.f.). Libros tcnicos. Reverte
(p.185) [2]
Vera, C. (1993). Simulacion de sistemas dinamicos mediante la tecnica del
Bond Graph.(p. 95) [3]
Dia de la consulta october 18,2012,
fromhttp://mecanicavirtual.iespana.es/mecanicavirtual/curso-bomba-
inyecto,r.htm . (s.f.). [4]
Dia de la consulta November 28,2012,
fromhttp://delphi.com/manufacturers/cv/powertrain/injection-systems-
and-components/e3-diesel-electronic-unit-injector/. (s.f.). [5]
2013-01-16T12:01:22-0600Universidad Tecnolgica de Quertaro