1.2.3 Problemas Secundarios
Problema Secundario 1:
¿El modelo de la estación de trabajo requerirá diseñar un laboratorio de control automático?
Análisis y Respuesta:
No, el modelo de estación de trabajo está diseñado para integrarse en el laboratorio existente de la Carrera de Ingeniería Industrial, optimizando el espacio disponible y aprovechando la infraestructura actual. La propuesta contempla:
· Adaptación de espacio existente: Utilización del Laboratorio de Especialidades actual con reordenamiento de mesas de trabajo
· Requisitos mínimos de infraestructura:
· Alimentación eléctrica: 220V AC, 20A con toma tierra
· Aire comprimido: 6-8 bar, consumo máximo 100 L/min
· Espacio requerido: 2.5m x 1.5m por estación
· Iluminación: 500 lux mínimo en superficie de trabajo
· Integración con equipos existentes: Compatibilidad con instrumentos de medición y software actual del laboratorio
Problema Secundario 2:
¿Cuáles serán las características que debería tener una estación de trabajo?
Características Técnicas Específicas:
Características de Hardware:
· Estructura mecánica:
· Marco de aluminio anodizado 30×30 mm
· Panel de montaje de 600×800 mm en acero inoxidable
· Ruedas bloqueables con niveladores
· Cableado organizado en canaletas transparentes
· Sistema de control:
· PLC Siemens S7-1200 (CPU 1214C, 125KB memoria)
· Módulo de E/S: 14 entradas digitales/10 salidas digitales
· Módulo analógico: 2 entradas/2 salidas 0-10V/4-20mA
· Pantalla HMI táctil 7″ con interfaz intuitiva
· Sensores integrados:
· 2 sensores inductivos (PNP, 8mm rango)
· 2 sensores capacitivos (12mm rango)
· 1 sensor temperatura PT100 (0-100°C)
· 1 sensor presión (0-10 bar, 4-20mA)
· 1 sensor nivel ultrasonico (0-50 cm)
· 1 sensor caudal turbina (0-5 L/min)
· Actuadores:
· 2 cilindros neumáticos de doble efecto (∅32mm, carrera 100mm)
· 1 electroválvula 5/2 vías (24VDC)
· 1 motor DC con encoder (24V, 50W)
Características Funcionales:
· Modularidad: Capacidad de reconfiguración para diferentes procesos
· Seguridad: Paro de emergencia, protecciones eléctricas y neumáticas
· Didáctica: Componentes visibles y accesibles para aprendizaje
· Escalabilidad: Conexiones para expansión futura
Problema Secundario 3:
¿Cuál es el nivel de desarrollo de competencias del manejo y control de las variables de proceso en los sistemas de producción en los estudiantes de la carrera de Ing. Industrial en el 7mo semestre?
Línea Base de Competencias (Diagnóstico Actual):
Evaluación Cuantitativa:
· Programación PLC:
· 35% pueden programar control ON/OFF básico
· 15% logran programar secuencias automáticas
· 5% implementan control PID funcional
· Manejo de Sensores:
· 40% identifican tipos de sensores
· 25% realizan correctamente conexiones eléctricas
· 10% calibran sensores analógicos
· Control de Procesos:
· 30% comprenden diagramas P&ID
· 20% diseñan lazos de control simples
· 8% optimizan parámetros de control
Evaluación Cualitativa:
· Fortalezas identificadas:
· Comprensión teórica de conceptos básicos
· Habilidad en software de simulación
· Capacidad de análisis de diagramas
· Debilidades críticas:
· Falta de experiencia con equipos reales
· Dificultad en diagnóstico de fallas
· Limitada integración hardware-software
· Poca exposición a tecnologías Industry 4.0
Problema Secundario 4:
¿Cómo deberían ser las dimensiones adecuadas de la estación de trabajo que se quiere diseñar para el laboratorio de control automático?
Especificaciones Dimensionales:
Dimensiones Principales:
· Altura total: 1600 mm (incluye panel de control)
· Ancho de base: 800 mm
· Profundidad: 600 mm
· Altura de trabajo: 900 mm (ergonómica)
Distribución de Espacios:
· Zona de control superior: 800×400 mm (PLC, HMI, interfaces)
· Zona de proceso central: 800×600 mm (sensores, actuadores)
· Zona de servicios inferior: 800×200 mm (fuentes, protecciones)
· Espacio para documentación: 300×400 mm lateral
Consideraciones Ergonómicas:
· Ángulo de visión óptimo: 15-35° para pantallas
· Altura de componentes críticos: 1100-1400 mm del piso
· Espacio para trabajo en grupo: 2-3 estudiantes simultáneos
· Accesibilidad: Todos los componentes accesibles sin desmontaje
Problema Secundario 5:
¿Cómo se establecerá criterios de selección de sensores y de neumática para su aplicación en los procesos industriales?
Criterios de Selección de Sensores:
Criterios Técnicos:
· Rango de medición: Cubrir procesos industriales típicos
· Temperatura: 0-100°C (procesos térmicos básicos)
· Presión: 0-10 bar (circuitos neumáticos estándar)
· Nivel: 0-50 cm (tanques de proceso)
· Caudal: 0-5 L/min (bombas dosificadoras)
· Señal de salida:
· Digital: PNP 24VDC para compatibilidad PLC
· Analógica: 4-20mA para inmunidad a ruido
· Resolución: Mínimo 12 bits para precisión
· Robustez:
· Grado de protección: IP65 mínimo para ambiente industrial
· Materiales: Acero inoxidable en contacto con proceso
· Certificaciones: CE, UL para seguridad
Criterios Didácticos:
· Visibilidad: Transparencias o indicadores visuales
· Facilidad de instalación: Conexiones rápidas y estandarizadas
· Documentación: Manuales técnicos completos en español
· Costo-beneficio: Balance entre calidad y presupuesto
Criterios de Selección de Componentes Neumáticos:
Criterios de Desempeño:
· Cilindros:
· Diámetro: 32mm (fuerza adecuada para demostraciones)
· Carrera: 100mm (espacio optimizado)
· Tipo: Doble efecto para control preciso
· Sensores de posición: Incorporados para retroalimentación
· Válvulas:
· Tipo: 5/2 vías accionamiento eléctrico
· Tensión: 24VDC para compatibilidad con PLC
· Caudal: ≥ 500 L/min para respuesta rápida
· Conexiones: Roscas rápidas para fácil mantenimiento
Criterios de Seguridad:
· Protecciones: Pulsador de emergencia y válvula de bloqueo
· Presión de trabajo: Máximo 8 bar con válvula limitadora
· Filtración: Filtro-regulador-lubricador integrado
· Materiales: Aluminio anodizado y latón para durabilidad
Criterios de Integración:
· Compatibilidad PLC: Señales estándar 24VDC
· Facilidad de programación: Compatibilidad con TIA Portal
· Modularidad: Posibilidad de expansión del sistema
· Documentación: Diagramas neumáticos y eléctricos detallados
Estos problemas secundarios han sido desarrollados para proporcionar una guía clara y específica que permita el diseño efectivo de la estación de trabajo, asegurando que cumpla con los objetivos pedagógicos y técnicos establecidos para la asignatura de Control Automático.