Este documento describe el proceso de envasado de vino en botellas. El proceso consiste en las siguientes etapas: 1) Las botellas ingresan a la cinta transportadora luego de ser despaletizadas; 2) Las botellas son llenadas con vino y se les agrega gas para prevenir la oxidación; 3) Las botellas son tapadas y encapsuladas; 4) Se les colocan etiquetas; 5) Finalmente, las botellas son empacadas en cajas. El proceso utiliza varios sensores como sensores ópticos, de presión
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Este documento describe el proceso de envasado de vino en botellas. El proceso consiste en las siguientes etapas: 1) Las botellas ingresan a la cinta transportadora luego de ser despaletizadas; 2) Las botellas son llenadas con vino y se les agrega gas para prevenir la oxidación; 3) Las botellas son tapadas y encapsuladas; 4) Se les colocan etiquetas; 5) Finalmente, las botellas son empacadas en cajas. El proceso utiliza varios sensores como sensores ópticos, de presión
Este documento describe el proceso de envasado de vino en botellas. El proceso consiste en las siguientes etapas: 1) Las botellas ingresan a la cinta transportadora luego de ser despaletizadas; 2) Las botellas son llenadas con vino y se les agrega gas para prevenir la oxidación; 3) Las botellas son tapadas y encapsuladas; 4) Se les colocan etiquetas; 5) Finalmente, las botellas son empacadas en cajas. El proceso utiliza varios sensores como sensores ópticos, de presión
Este documento describe el proceso de envasado de vino en botellas. El proceso consiste en las siguientes etapas: 1) Las botellas ingresan a la cinta transportadora luego de ser despaletizadas; 2) Las botellas son llenadas con vino y se les agrega gas para prevenir la oxidación; 3) Las botellas son tapadas y encapsuladas; 4) Se les colocan etiquetas; 5) Finalmente, las botellas son empacadas en cajas. El proceso utiliza varios sensores como sensores ópticos, de presión
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Envasadora de vinos en botella
Envasadora de vinos en botella Pgina 2
NDICE DE CONTENIDOS
INTRODUCCIN ............................................................................................................... 3 DESCRIPCIN DEL PROCESO ....................................................................................... 4 Equipos .......................................................................................................................... 7 SENSORES ....................................................................................................................... 8 Sensores optoelctronicos de proximidad ...................................................................... 8 Sensores de presin ...................................................................................................... 9 Sensores de nivel ......................................................................................................... 10 Sensores de concordancia ........................................................................................... 10 AUTMATA PROGRAMABLE ........................................................................................ 12 DIAGRAMA P&ID ............................................................................................................ 13 Lazos: .......................................................................................................................... 14 OBSERVACIONES DEL PROCESO ............................................................................... 15
NDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustracin 1- Cinta transportadora. .................................................................................... 5 Ilustracin 2-Llenado de vino. ............................................................................................ 5 Ilustracin 3-Proceso de taponado. .................................................................................... 6 Ilustracin 4-Proceso de encapsulado. .............................................................................. 6 Ilustracin 5-Transportador lineal. ...................................................................................... 7 Ilustracin 6-Alimentador de etiquetas. .............................................................................. 7 Ilustracin 7- Sensor optoelctronico de barrera. ............................................................... 8 Ilustracin 8- Ejemplo de funcionamiento de sensor de barrera. ........................................ 9 Ilustracin 9- Sensor de presin tubo de Bourdon. ............................................................ 9 Ilustracin 10- Sensor de nivel capacitivo. ....................................................................... 10 Ilustracin 11- Ejemplo funcionamiento sensor de concordancia. ................................... 11 Ilustracin 12- Autmata programable. ............................................................................ 12 Ilustracin 13- Diagrama P&ID envasadora de vinos en botella. ...................................... 13
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INTRODUCCIN
La aplicacin de sistemas automatizados dentro de las empresas se realiza con el fin de minimizar la intervencin de operadores, aplicando tecnologas tele-informticas a los procesos a modo de control de la produccin en los sistemas, pudiendo tener lazos cerrados o abiertos de informacin. Todo esto implica medir el proceso, determinar el estado de este para tomar una decisin en base a un objetivo pautado y as actuar sobre el proceso para cumplir con la finalidad que este tenga.
En el presente informe se expone la automatizacin de procesos en las envasadoras de vino. La importancia de la automatizacin de los distintos procesos radica en el aumento de los volmenes de produccin y en la calidad con que se elabora el producto. Para lograr esto es necesario contar con determinados sensores y actuadores en el campo, en las maquinarias por las que pasa el producto. La comunicacin entre los sensores y los actuadores se establece por medio de un controlador, el sensor que se encuentra al comienzo del proceso de llenado detectar si hay o no hay botella en la cinta de transporte, enviar la seal al controlador y ste comandar al actuador, en este caso a la vlvula de la tolva donde se encuentra el vino.
A continuacin se presenta en detalle el proceso completo del envasado de vino en botella, as como tambin los sensores y las variables que se deben medir para que el proceso se realice de manera eficiente.
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DESCRIPCIN DEL PROCESO
El vino ocupa un lugar cada vez ms importante en la economa chilena, siendo Chile en mayor exportador de la regin (America). La Regin del Maule representa actualmente la mayor regin vitivincola de Chile. Sus viedos cubren 50.000 hectreas, espacio comparable con las zonas ms importantes del mundo 1 , provocando que las lneas de produccin de envasado de vinos sean muy comunes en la regin y por ende interesantes de analizar como prximos ingenieros.
Antes de comenzar el proceso de embotellado, se debe tener en cuenta el tipo de envase a utilizar, en este caso las caractersticas de la botella de vidrio, esta permite una cmoda distribucin del vino y una buena presentacin, siendo este envase el mejor para conservar y desarrollar las diferentes cualidades del vino.
El color del vidrio tiene una gran importancia con respecto a la proteccin del vino de la accin de la luz, si este es oscuro, proteger ms el vino, pero en la mayora de las embotelladoras de la regin se utilizan vidrios menos oscuros, ya que se consumirn bsicamente jvenes o sea no tendrn tanta exposicin a la luz.
Tambin existen otro tipo de vino llamado generosos, los cuales son embotellados en vidrio muy oscuro o negro, ya que suelen consumirse no muy jvenes, siendo estos olorosos, finos, entre otros .
Las fases del proceso de envasado de vino es el siguiente:
1. Ingreso de las botellas a la cinta transportadora: las botellas llegan a la cinta trasportadora, luego de ser despaletizadas y son enviadas al rea de llenado.
1 Lacoste, Pablo. (2006). Vias y vinos en el Maule colonial (Reino de Chile, 1700-1750). Universum (Talca), 21(1), 48-67. Recuperado en 07 de julio de 2013, desde http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718- 23762006000100004&lng=es&tlng=es.%2010.4067/S0718-2376200600010000
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Ilustracin 1- Cinta transportadora.
2. Llenado: en esta rea las botellas son llenadas hasta un nivel que ha sido determinado por la empresa, el espacio que se deja hueco es por la dilatacin que puede sufrir el vino. Desde la misma llenadora, hay una adiccin de una atmsfera de gas nitrgeno o gas carbnico, as se impide la pequea oxidacin del vino que se da al estar el vino con el aire en contacto, que ocurre cuando el vino en expulsado a la botella (por medio de la llenadora).
Ilustracin 2-Llenado de vino. Envasadora de vinos en botella Pgina 6
3. Taponado: luego de que las botellas son llenadas con vinos, estas son enviadas al rea de taponado, dnde se realiza el proceso de incorporacin del corcho. Por medio de una prensa, la cual tiene un disco suave, es aplastado el borde del gollete, quedando asegurado la hermeticidad del tapn en la botella.
Ilustracin 3-Proceso de taponado.
4. Encapsulado: luego de ser taponadas las botellas, ests son encapsuladas, los cuales normalmente son aleaciones de estao y aluminio, estos aseguran la inviolabilidad de la botella aparte de ser un elemento esttico.
Ilustracin 4-Proceso de encapsulado. Envasadora de vinos en botella Pgina 7
5. Etiquetado: este proceso consiste en la imposicin de la etiqueta y contraetiqueta (posterior), estas utilizan diferentes diseos que dependiendo de la empresa fabricadora de vino, las cuales le dan una prestancia y elegancia.
6. Envasado: luego de que las botellas de vino han sido etiquetadas, se procede a ser envasadas en cajas (con una determinada cantidad), proceso que es realizado manualmente por los operadores.
Equipos
Mquina LLENADORA, TAPONERA Y ALIMENTADOR DE TAPONES Fabricante: Gallardo Suministro aire comprimido: 50 lts./min. Potencia: 8KW IV
Mquina ALIMENTACIN DE CPSULAS Fabricante: RAMONDIN, distribuido por Maquinaria Moderna Potencia: 2KW IV
Mquina ETIQUETADORA Fabricante: MECAMARC, distribuido por Maquinaria Moderna Modelo: ATLAS Suministro aire comprimido: 10 lts./min. Potencia: 4KW IV
Ilustracin 6-Alimentador de etiquetas. Ilustracin 5-Transportador lineal. Envasadora de vinos en botella Pgina 8
Sensor cuyo comportamiento depende de la luz que se le aplica y funcionan mediante aparatos electrnicos. Pueden ser sensibles a la luz ultravioleta, visible o infrarroja. Este sensor detecta objetos, es llamado sensor de barrera de luz y est constituido por un emisor y un receptor, en ausencia de un objeto los rayos alcanzan al receptor y constituyen una barrera. En este caso este sensor detecta la presencia de botellas, las cuales al pasar en medio del emisor y el receptor interrumpen el haz de luz. Este tipo de sensores en el proceso son utilizados para detectar la presencia de botellas en la cinta transportadora inicial (hasta el carrusel) el cual detecta la presencia de botellas para que posteriormente se accione la cinta. Adems se en las etapas siguientes, existe un sensor de proximidad en el carrusel, en el proceso de taponado y en el proceso de encapsulado, todos estos sensores detectan la presencia de botellas para activar los procesos correspondientes.
Ilustracin 7- Sensor optoelectrnico de barrera. Envasadora de vinos en botella Pgina 9
Ilustracin 8- Ejemplo de funcionamiento de sensor de barrera.
Sensores de presin
Se trata de un interruptor elctrico movido por un tubo de Bourdon que consiste en un tubo aplanado de acero curvado en arco, a medida que se aplica presin al interior del tubo este se abre hacia afuera y este movimiento es transmitido al interruptor, el cual se acciona cuando la presin corresponde al ajuste seleccionado. Estos sensores se utilizan para medir la presin en el proceso de taponado, en el cual si la presin no est dentro del rango requerido se detiene este proceso y se detiene por consiguiente la lnea. Adems, se utiliza para medir la presin del proceso de encapsulado, que constituye el proceso final de sellado.
Ilustracin 9- Sensor de presin tubo de Bourdon.
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Sensores de nivel
Se utilizaran sensores para registrar bajo nivel y alto nivel. Los sensores estarn relacionados con el funcionamiento de la tolva, ambos sensores tendrn que ver con la detencin de la tolva, puesto que para niveles fuera del rango (mnimo y mximo) se detendr la tolva y ser necesario llenar la tolva o dejar de llenarla. El tipo de sensor utilizado es capacitivo, el cual reacciona frente a metales y no metales que al acercarse a ste sobrepasan una determinada capacidad. En este caso, el contacto ser con un no metal lquido (vino). El sensor de nivel mnimo es normalmente abierto, es decir est inactivo mientras haga contacto con el lquido. Una vez que el lquido deje de hacer contacto se enciende y manda una seal de que el nivel est bajo. El sensor de nivel mximo es normalmente cerrado y se activa cuando hace contacto con el lquido, es decir cuando el nivel de vino en la tolva es superior al determinado.
Ilustracin 10- Sensor de nivel capacitivo.
Sensores de concordancia
Corresponde a un sensor de imgenes utilizado para controlar el tipo, tamao, orientacin, forma y ubicacin de las etiquetas de las botellas de vino. El sensor tiene una pantalla integrada tctil de color que facilita la instalacin, configuracin y seleccin sin necesidad de utilizar una computadora. Se utiliza una imagen de una etiqueta correctamente realizada como referencia y se comprueba la concordancia de sta con las etiquetas presentes en las botellas a sensar. La escala de porcentaje de concordancia va de 0 a 100, se puede ajustar la concordancia de acuerdo al nivel deseado.
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Cuando se realiza una inspeccin de Concordancia, el sensor resaltar en verde todos los elementos (en este caso las etiquetas de las botellas) que concuerden con la imagen de referencia dentro de un margen de rotacin y que tengan el porcentaje de concordancia especificado o uno superior. Los elementos que estn dentro del margen de rotacin especificado y dentro de aproximadamente el 20% por debajo del porcentaje especificado de concordancia aparecern coloreados en amarillo. Se utiliza como indicador el conteo de paso mnimo que corresponde a la mnima etiquetas que se espera que estn dentro de los criterios especificados. Estos sensores se utilizan para la inspeccin realizada posterior al etiquetado, en la cual se expone la imagen de la etiqueta correspondiente para corroborar la calidad del proceso de etiquetado.
Ilustracin 11- Ejemplo funcionamiento sensor de concordancia.
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AUTMATA PROGRAMABLE
El autmata programable que se utiliza en este proceso automatizado es la CPU 313C-2DP de la serie S7 300. Tiene la particularidad de tener dos puertos de comunicacin DP. En uno de los puertos se conectarn los mdulos de la periferia descentralizada y la pantalla de control y monitorizacin, y el otro puerto se configura para la comunicacin con la pantalla. Esto permite testear el sistema de comunicacin y comprobar la recepcin y envo de las seales hacia las unidades de comunicacin descentralizada. Este controlador lleva incorporadas las entradas y salidas digitales, las caractersticas bsicas son: CPU compacta. Memoria central de 32 kbytes. Tensin de alimentacin 24 V DC. 16 entradas digitales. 16 salidas digitales. Puerto Maestro/Esclavo profibus DP. MPI. Funciones integradas.
Profibus define las caractersticas tanto tcnicas como funcionales de un sistema de bus de campo, con el cual es posible interconectar en redes los equipos automatizados de campo en los niveles de los sensores y actuadores. A continuacin se muestra es la CPU 313C-2DP de la serie S7 300 y sus componentes generales:
Ilustracin 12- Autmata programable. DIAGRAMA P&ID
El diagrama P&ID del proceso de envasado vinos en botella, contempla cuatro reas, una que recibe las botellas vacas desde la cinta y las llena con el licor, otra rea donde se colocan los corchos, una tercera que es de encapsulado y la ltima que se relaciona con el etiquetado. Para que cada motor de las cintas que transportan las botellas sean accionados, se requiere de sensores que manden una seal al PLC e identifiquen si existe o no botella al inicio de cada rea, as como tambin se debe controlar la presin en el taponado y encapsulado. El diagrama P&ID es el siguiente:
Ilustracin 13- Diagrama P&ID envasadora de vinos en botella. En este diagrama se aprecia que antes de cada rea existe un sensor que detectar la presencia de las botellas, si existe botella se acciona la cinta y la botella pasa al llenado, aqu se controla el nivel de vino de la tolva, luego para al taponado donde se mide la el nivel de corchos que posee la tolva como la presin con la que son colocados los corchos. En la tercera rea se debe verificar si existe o elemento llenado y taponado, ste ser encapsulado, proceso en el que se mide la presin de la mquina que realiza esta accin. En el rea de etiquetado es necesario verificar que exista botella para etiquetar y luego al final de este proceso se verifica con un sensor de imagen si el rtulo de la botella es segn la referencia que utiliza la envasadora de vinos. Se pueden identificar los siguientes lazos de control:
Lazos:
El primer lazo cerrado se encuentra en la zona de taponado y llenado con el sensor de proximidad 001, los sensores de nivel high y low de la tolva de vino y corcho 001 y el sensor y transmisor de presin 001, ya que estos sensores son los que le dan paso a que se accione o no el motor de la cinta y que comience o no la botella a recorrer la cinta. Basta que uno indique valores bajo el Set Point para que se detenga el proceso.
El segundo lazo cerrado est ubicado en la zona de encapsulado entre el sensor de proximidad 002 y el sensor y transmisor de presin 002 que permite el paso de la botella al proceso, siempre y cuando no exista problema en ninguno de los puntos necesario para el correcto funcionamiento del proceso, ya que al igual que en el lazo anterior, basta con que un sensor presente problemas para que no se active el proceso
En el proceso de etiquetado se encuentra el sensor de proximidad 003 y el sensor de imagen 003 que se encuentra a la salida del recorrido, unidos en un lazo cerrado ya que el sensor de proximidad acciona o no el proceso de etiquetado dependiendo de la llegada de la botella y el sensor de imagen puede detener el proceso de embotellado de existir 10 o ms errores seguidos al momento de comparar la imagen con la referencia para evitar ms errores.
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OBSERVACIONES DEL PROCESO
La principal caracterstica de este proceso es la baja presencia humana dentro del sistema, ya que la mayora de los procedimientos requeridos se realizan mediante procesos automatizados y en lnea, es por esto que la influencia de los trabajadores es casi nula en algunos casos, lo que permite conseguir mayor eficiencia en la produccin y disminuir las perdidas, gracias a que todo tipo de errores humanos son eliminados, disminuyendo la ineficiencia de la persona en la totalidad del proceso.
Realizar el proceso de embotellado es sumamente importante ya que el gran volumen de produccin requiere que no se cometan errores para cumplir con los requerimientos de la empresa.
El envasado de las botellas se realiza manualmente, sin embargo podra ser un proceso completamente automatizado o semi- automatizado, disminuyendo los costos en mano de obra, pero es necesaria una inversin importante.
Adems el sensado de nivel realizado en las tolvas podra realizarse de manera ms exacta para conocer el nivel de vino, puesto que actualmente los sensores slo indican si las tolvas tienen el nivel requerido o permitido de vino para el adecuado funcionamiento de la lnea.