Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

121
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE VIÑA DEL MAR – JOSÉ MIGUEL CARRERA AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EMBALAJE Trabajo de Titulación para optar al Título Profesional de Técnico Universitario en MECÁNICA INDUSTRIAL. Alumno: Ignacio Delgado Barrientos Profesor Guía: José Miguel Tamayo Miño

description

maquina neumatica, diseñada para almacenar tarros de atun

Transcript of Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Page 1: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

SEDE VIÑA DEL MAR – JOSÉ MIGUEL CARRERA

AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO DE EMBALAJE

Trabajo de Titulación para optar al Título

Profesional de Técnico Universitario en

MECÁNICA INDUSTRIAL.

Alumno:

Ignacio Delgado Barrientos

Profesor Guía:

José Miguel Tamayo Miño

2011

Page 2: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

RESUMEN

Con el propósito de de realizar alguna automatización de un proceso de

manera de demostrar las cualidades y conocimientos surge la idea de automatizar

un proceso de embalaje. Este se enfoca en un embalaje en específico, el cual es el

embalaje de tarros en conserva, ya que estos productos en cuanto a su producción

se han mantenido y diversificado a lo largo de los años en el mercado.

En el proceso de producción de estos alimentos, es muy importante la

automatización de los procesos ya que se busca conseguir un producto final de

calidad.

Enfocándonos un poco más a fondo en el proceso de embalado, este es uno

de los más importantes ya que si no se realiza de manera eficiente se puede perder

todo el trabajo logrado por los procesos anteriores, transformándose en perdida de

producción.

Por esta razón en el presente trabajo de titulo se realizara un estudio y se

identificaran las falencias de las distintas formas de embalar tarros en conserva.

Se hará un estudio para buscar las alternativas de solución más confiables y

completa posible, se establecerá una solución concreta para eliminar los problemas

identificados.

Posterior a esto se realizará un diseño de una parte de una línea de

embalaje la cual solo tomara el producto y lo introducirá dentro de su respectiva

caja de empaque, este será un modelo para implementar en algún final de línea, se

realizaran los cálculos correspondientes para la selección de elementos para el

diseño.

Se establecerá un plan de mantenimiento para los componentes del

proceso de manera que las fallas no sean una prioridad, y por último realizará un

estudio técnico – económico.

Con esto se logrará disminuir los riesgos y no llevarlos al límite, hoy en día

debemos contar con procesos automatizados, que cumplan con realizar el trabajo de

la manera más eficiente posible, por lo que cada empresa debe adaptarse a las

nuevas tecnologías de manera de innovar incorporando ideas nuevas en sus

procesos, realizando modificaciones, mejoras y contando con una política de trabajo

basada en la mejora continua de sus procesos de manera de siempre facilite las

condiciones de trabajo tanto para los operarios como para la empresa.

Page 3: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

ÍNDICE

INTRODUCCION

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

CAPITULO 1: PROBLEMÁTICA

1.1. DESCRIPCIÓN DE UNA LÍNEA DE EMBALAJE

1.2. DESCRIPCIÓN DE LA PALETIZADORA

1.3. DESCRIPCIÓN DE UNA LÍNEA DE EMBALAJE DE TARROS EN CONSERVA

1.4. PROBLEMÁTICAS DEL EMBALAJE DE TARROS DE CONSERVA

1.4.1. Paletizadoras

1.4.2. Líneas de embalajes

1.4.3. Líneas de embalaje manual

CAPITULO 2: ALTERNATIVAS DE SOLUCION

2.1. INTRODUCCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

2.2. DESCRIPCIÓN DE TIPOS DE SOLUCIONES

2.2.1. descripción del sistema hidráulico

2.2.2. descripción del sistema neumático

2.2.3. sistema mecánico

2.3. ESTUDIO Y BÚSQUEDA DEL SISTEMA MÁS EFICIENTE PARA LA

AUTOMATIZACIÓN

2.3.1. Análisis del sistema hidráulico

2.3.2. análisis del Sistema mecánico

2.3.3. análisis del Sistema neumático

2.4. ELECCIÓN DEL SISTEMA

2.5. PROPUESTA DE SOLUCIÓN

CAPITULO 3: DISEÑO DEL PROCESO AUTOMATIZADO

3.1. EXPLICACIÓN DEL PROCESO

3.1.1. Transporte y llegada del producto

3.1.2. Recepción del producto y acomodamiento

3.1.3. Levantamiento y posicionamiento del producto

3.1.4. Transporte y Llegada de el conjunto de empaque (caja)

3.1.5. Embalado del producto dentro de la caja

3.1.6. Fin del embalado

3.2. CALCULOS Y SELECCIÓN DE ELEMENTOS

3.2.1. Selección de ventosas

3.2.2. seleccion del generador de vacio

3.2.3. selección del actuador lineal vertical

3.2.4. selección del actuador lineal horizontal

Page 4: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

3.2.5. selección del cilindro sin vástago

3.2.6. selección de motores neumáticos para cinta transportadora

3.3. DISEÑO DEL PROCESO AUTOMATIZADO

3.3.1. Plataforma diseñada

3.4. COMPONENTES NEUMATICOS PRINCIPALES DEL DISEÑO

3.4.1. Actuador lineal sin vástago

3.4.2. Generador de vacío

3.4.3. Electro-válvula para sistemas neumáticos:

3.4.4. Sensor de proximidad

3.4.5. Válvula regulador de caudal

3.4.6. Actuador guiado vertical

3.4.7. Cilindro de bloqueo

3.4.8. Unidad de motor neumático

3.4.9. Ventosas

3.4.10. Compresor

3.5. PARTES CONSIDERABLES DEL DISEÑO

3.6. SISTEMA DE CONTROL

3.6.1. Cconexionado neumatico

3.6.2. Diagrama de fase

3.6.3. Secuencia

3.6.4. Sistema de control por P.L.C

3.6.5. Diagrama escalera P.L.C en programa Mitsubishi

3.6.6. Fotos de la simulación en taller de neumática

3.7. CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROCESO

3.7.1. Definición del proceso

3.7.2. Proyectos que complementan el proceso

3.7.3. Flexibilidad y rendimiento del proceso automatizado

3.7.4. recursos humanos utilizados para el proceso

3.7.5. Parámetros del proceso

CAPITULO 4: PLAN DE MANTENIMIENTO

4.1. MANTENIMIENTO DE CILINDROS

4.2. PLAN DE DESMONTAJE Y MONTAJE DE COMPONENTES NEUMÁTICOS

4.2.1. Procedimiento de desmontaje Cilindros

4.2.2. Desarme de unidades:

4.2.3. Limpieza de partes:

4.2.4. Recambio de partes

4.2.5. Armado de unidades

4.3. MANTENIMIENTO DE VÁLVULAS

4.4. MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE BANDAS TRANSPORTADORAS

4.4.1. Guiado de bandas

4.4.2. Limpieza de bandas

4.4.3. Lubricación y engrase de partes móviles

Page 5: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

CAPITULO 5: COSTOS

5.1. COSTOS DE MATERIALES

5.1.1. Costos de las placas

5.2. COSTOS DE SOLDADURA

5.2.1. Costo de electrodos

5.2.2. Costo mano de obra

5.2.3. Costo consumo energía eléctrica de la maquina

5.2.4. Costos componentes neumáticos

5.2.5. Costo componentes mecánicos

5.3. Costo total de la automatización

CONCLUSION

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

ÍNDICE FIGURAS

Figura 1-1. Modelo de una línea de embalaje.

Figura 1-2. Modelo de Paletizadora, articulada robot.

Figura 1-3. Tarro deformado por esfuerzo.

Figura 1-4. Embalado manual.

Figura 3-1. Diagrama de flujo del proceso.

Figura 3-2. Diagrama de cuerpo libre de la ventosa en movimiento vertical.

Figura 3-3. Diagrama de cuerpo libre de la ventosa en movimiento horizontal.

(pag.32)

Figura 3-4 Diagrama de cuerpo libre actuador vertical.

Figura 3-5. Diagrama de cuerpo libre actuador horizontal.

Figura 3-6. Diagrama cuerpo libre de cinta transportadora.

Figura 3-7. Mesa de acero diseñada para la automatización dibujada en

SOLIDWORKS.

Figura 3-8. Mesa de acero diseñada vista desde arriba.

Figura 3-9 Actuador sin vástago DGP.

Figura 3-10. Generador de vacío.

Figura 3-11. Electroválvula 5/2.

Figura 3-12. Regulador de caudal.

Figura 3-13. Actuador guiado vertical.

Figura 3-14. Actuador guiado horizontal.

Figura 3-15. Actuador de bloqueo.

Figura 3-16. Motor neumático.

Figura 3-17. Ventosa plana.

Figura 3-18. Compresor.

Page 6: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Figura 3-19. Cilindro de empuje unido a su respectiva placa con forma de ángulo de

90°.

Figura 3-20. Fijación del cilindro sin vástago.

Figura 3-21. Proceso automatizado vista superior.

Figura 3-22. Proceso automatizado vista trasera.

Figura 3-23. Soporte rodamiento prisionero.

Figura 3-24. Conexionado neumático.

Figura 3-25. Diagrama de fase del conexionado.

Figura 3-26 Circuito P.L.C diagrama escalera del proceso.

Figura 3-27 Simulación de sensores en laboratorio de neumática.

Figura 3-28 Simulación de sensores en laboratorio de neumática.

Figura 3-29 P.L.C MITSUBITSHI del laboratorio de neumática.

Figura 3-30 Simulación panel laboratorio neumática.

Figura 3-31 Modelo de tarro estándar a embalar.

Figura 3-32 Caja de empaque diseñada para el proceso.

Figura 3-33 Dimensiones del proceso automatizado.

Figura 5-1. Enumeración de placas soldadas sobre la plataforma

diseñada.

Figura 5-2. Soportes rodamiento prisionero soldado.

Figura 5-3. Soportes rodamiento prisionero soldado y perfiles.

Figura 5-4. Soportes rodamiento prisionero soldado.

INDICE TABLAS

Tabla 2-1. Evaluación de los sistemas.

Tabla 3-1. Datos técnicos ventosas vas de festo.

Tabla 3-2. Tabla generadores de alto vacio catalogo festo.

Tabla 3-3. Tabla de datos técnicos generadores de vacio catalogo festo.

Tabla 3-4. Tabla de valores para cálculo de cilindro vertical.

Tabla 3-5. Tabla fuerza avance y retroceso cilindro doble efecto catalogo festo.

Tabla 3-6. Tabla energía de impacto actuadores ADN catalogo festo.

Tabla 3-7. Tabla Fuerzas y momentos actuadores DGP catalogo festo.

Tabla 3-8. Tabla datos técnicos del motor neumático catalogo festo.

Tabla 4-1. Tabla de frecuencia de las tareas del plan de mantenimiento.

Tabla 5-1. Tabla de peso teórico del acero por metro cuadrado según su

Espesor de planchas gruesas.

Tabla 5-2. Tabla de peso teórico del acero en kg por metro cuadrado según su

espesor de rollos y planchas laminados en caliente.

Tabla 5-3. Tabla de costos de material (placas).

Tabla 5-4. Tabla de costos de material (soportes).

Tabla 5-5. Costo de perfiles.

Tabla 5-6. Tabla factor de operación.

Tabla 5-7. Tabla eficiencia de aportación.

Tabla 5-8. Tabla eficiencia de aportación.

Page 7: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Tabla 5-9. Costo total de soldadura.

Tabla 5-10. Costo de componentes neumáticos.

Tabla 5-11. Costo de componentes mecánicos.

Tabla 5-12. Costo total de la automatización.

SIMBOLOGIA

M: Masa

V: Volts

A: Amper

FP: Factor de potencia

t: Tiempo

Page 8: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

PMD: Peso del material depositado

ml: Metro lineal de soldadura

MO: Mano de obra

Kg: Kilogramo

m: Metros

P: Presión

Bar: unidad de presión bares

(l/min): unidad de caudal, litros por minuto.

N: Newton

mm: Unidad de longitud, milímetros

gr: Unidad de peso, gramos

µ: Coeficiente de rozamiento

g: Aceleración de gravedad

a: Aceleración

S: Factor de seguridad

F: FUERZA

: Factor de carga

Ft: Fuerza teórica

Fr: Fuerza de roce

Fn: Fuerza normal

R: radio

Nm: Unidad de momento.

Mt: Momento de torsión

m²: Área

min: Minutos

hr: horas

E: Espesor

INTRODUCCION

Hoy en día se sabe que los alimentos enlatados, se ha hecho indispensable,

a través del tiempo siendo un aporte fundamental en el consumo diario de los

alimentos en el mundo, por lo que se considera una proyección hacia el futuro

calificada como positiva de la producción de estos alimentos en conserva.

Page 9: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Se sabe que para lograr un exitoso producto, este tiene que pasar por diversas

etapas complementarias las cuales cumplan con una gran eficiencia de operación.

Últimamente se ha dado que en los proceso de producción de empresas

que se dedican a producir alimentos enlatados en tarros de conserva, existe una

fase del proceso productivo que es muy relevante y ha ido adquiriendo mucha

importancia porque de esta depende que el producto no sufra daños y motive al

consumidor, la cual es el proceso de embalaje y empaquetado de los tarros, ya que

este vela por la protección del producto frente a los riesgos físicos y ambientales

que se pueden producir mediante el almacenamiento y trasporte de este y

mantener la calidad con la cual fueron fabricados que es lo que busca el

consumidor.

Este embalaje de tarros conserveros, en muchas empresas son realizados

manualmente por operarios, lo que implica una influencia humana en el proceso la

cual no siempre entrega el rendimiento mas optimo y confiable, que es lo que busca

obtener cada empresa siempre para cada fase de su proceso productivo, esto se

debe a que el operario tiene que realizar el embalado de los productos al mismo

ritmo que el proceso productivo lo cual genera un trabajo muy intenso para el

trabajador y llega a un estado en cual pasa de trabajador a ser esclavo del proceso y

como todo ser humano, no está exentó de cometer errores que signifiquen perdidas,

o problemas con el almacenamiento.

Otro tipo de embalaje es realizado por las paletizadoras las cuales

almacenan una gran cantidad de productos apilados en pale, de manera que estos

no se acumulen y se produzca una interrupción del proceso productivo, la falencia

de este tipo de embalaje, es que los productos presentan riesgos de deformaciones

al momento de estar apilados, y que todavía no son embalados en las cajas de

empaque correspondientes para ser trasportados desde el área de producción para

su comercialización, lo que significa un proceso incompleto.

Para combatir esto que se realiza una automatización de un proceso de

embalaje de tarros conserveros, que demuestre un correcto y eficiente embalaje el

cual elimine los problemas producidos por la influencia humana y disminuya la

perdida de producción.

Esta automatización consta en un diseño de una parte de una línea de

embalaje con planos que indican las dimensiones de la máquina como estructura,

componentes que se requieren utilizar en el proceso a automatizar, como por

ejemplo cinta transportadora, actuadores neumáticos, sensores, válvulas etc.

También se establece un plan de funcionamiento y mantenimiento apropiado de

manera que no existan problemas con el equipo. Se realiza estudios para ver la

factibilidad técnica de la máquina con la finalidad de demostrar que cumplirá con las

expectativas que se requieren conseguir.

Se deja bien claro, que la automatización de esta fase de un proceso, se

enfoca solo en el proceso de embalaje, es decir en una de las partes finales del

proceso de producción donde se toman los tarros y se introducen a una caja con las

dimensiones apropiadas para contener un número especifico de tarros en conserva.

El proceso que venga posteriormente pasa a ser anexo a lo mencionado

anteriormente.

Page 10: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros
Page 11: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

- Realizar una automatización de un proceso de embalaje de tarros conserveros para

mejorar la confiabilidad y calidad en el proceso.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Investigar las problemáticas de los procesos de embalajes.

- Estudiar alternativas de solución

- Establecer una solución al problema.

- Diseñar un proceso de embalaje de tarros conserveros.

- Realizar los cálculos necesarios para selección de elementos.

- Realizar simulación neumática del proceso automatizado.

- Análisis técnico – económico.

Page 12: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

CAPÍTULO 1: PROBLEMÁTICA

Page 13: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

1. PROBLEMÁTICA

1.1. DESCRIPCIÓN DE UNA LÍNEA DE EMBALAJE

Las líneas de embalajes generalmente se sitúan al final de los procesos de

productivos como última etapa, esta fase consiste en un proceso automático

coordinado el cual cumple la función fundamental de acomodar el producto

generado en un numero especifico de agrupaciones dentro de un conjunto de

empaque, para después pasar a un proceso de sellado y etiquetado del empaque

donde posteriormente el producto terminado es trasladado desde el sitio de

producción al lugar de almacenamiento para su comercialización sin que sufran

daño.

Existen muchas variedades de líneas de embalaje, están las

semiautomáticas las cuales algunas realizan solo el embalado o solo el

empaquetado o sellado de los productos, y están las completamente automáticas

las cuales realizan el proceso completo de embalado.

Este equipo consiste en una maquinaria la cual es fabricada según la

necesidad de embalaje que se requiere, con diferentes factores y condiciones. Estos

son según el tipo de producto a embalar, diseño de empaque, las condiciones

ambientales y de higiene, la velocidad y cantidad de producción y las condiciones la

cual el producto será transportado posteriormente.

Estas maquinarias se fabrican en base a sistemas mecánicos, hidráulicos,

neumáticos etc. Los cuales cumplen la función de generar los movimientos

sincronizados apropiados para acomodar el producto terminado.

A pesar de que aunque existen una gran variedad de líneas de embalaje

hoy en día, todavía existen muchas empresas que todavía conservan procesos de

embalajes fabricados con sistemas antiguos, algunos manuales o semiautomáticos,

últimamente el mercado presenta muchas exigencias, se ha hecho prácticamente

una obligación para las empresas, adaptarse a las nuevas tecnologías

implementadas en los procesos, se sabe que esta es una de las maneras más

conocidas de optimizar sus procesos productivos de manera de obtener productos

terminados con la mejor calidad posible y adquiriendo una competitividad en el

mercado.

Page 14: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: www.interempresas.net

Figura 1-1. Modelo de una línea de embalaje

Page 15: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

1.2. DESCRIPCIÓN DE LA PALETIZADORA

Existen variados tipos de paletizadores como por ejemplo, los magnéticos,

de mordaza, con sistema de elevación neumático, etc.

Una de las más conocidas son las paletizadoras de elevación neumática,

esta se trata de una máquina que combina componentes neumáticos y eléctricos

con la finalidad de colocar productos generalmente enlatados, sobre un palé, que

puede ser de madera, metal o plástico, donde los productos serán apilados después

de su fabricación.

Fuente: http://www.inser-robotica.com/paletizadoBotes.php

Figura (N°1-2) Modelo de Paletizadora articulada robot

1.3. DESCRIPCIÓN DE UNA LÍNEA DE EMBALAJE DE TARROS EN CONSERVA

Existen una gran variedad de tipos, formas y tamaños de líneas de

embalajes de tarros de conserva, estas se diferencian en el tipo de sistema que

utilizan para realizar sus movimientos, estas se fabrican generalmente en base a

sistemas hidráulicos, mecánicos, neumáticos, eléctricos etc.

Estas líneas de dividen en varias etapas las cuales realizan diferentes

funciones como recibir el producto enlatado, ordenarlo en un cierto número de

agrupaciones y posteriormente otra parte cumple la función de tomarlos e

introducirlos en una caja la cual debe estar diseñada para contener un numero

especifico de productos.

Uno de los componentes importantes que forman parte de las líneas de

embalaje son las llamadas ventosas las cuales son las encargadas de agarrar los

tarros por succión y posicionarlos dentro de una caja, existen variedad de ventosas

la más conocida es la Ventosa plana se usa generalmente en superficies planas,

Page 16: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

sobre todo cuando es necesaria una alta fuerza de retención, también sufre muy

pocas deformaciones y ofrece una muy buena precisión en tareas de

posicionamiento. 

1.4. PROBLEMÁTICAS DEL EMBALAJE DE TARROS DE CONSERVA

Al investigar sobre cómo se realiza el embalaje de productos enlatados, se

descubre que existen variadas formas de realizar el trabajo, estas son

almacenamiento por paletizadoras, líneas de embalaje automáticas y línea de

embalaje manual, donde ninguno estuvo exento de falencias.

1.4.1. Paletizadoras

- Estas cumplen la función de almacenar grandes cantidades de tarros,

apiladas en un pallet de manera de no congestionar el proceso de producción, la

desventaja de este trabajo es que somete el producto, en este caso el tarro metálico

a riesgos físicos, el cual puede manifestarse como una deformación del producto al

verse superada su resistencia mecánica debido al peso que deben soportar los

tarros de más abajo.

- Una falencia clave es que no embalan el producto directamente en las

cajas, lo que significa que después se tiene que realizar este trabajo manualmente,

se ocupa espacio de almacenamiento debido a que aun el producto no cumple con

el embalado final para ser comercializado.

Fuente: http://www.milan-keramik.de

Figura 1-3. Tarro deformado por esfuerzo

1.4.2. Líneas de embalajes

Generalmente se usan para completar la producción eficientemente, ya que

de esta depende hoy en día que el producto se mantenga en perfectas condiciones

y a un alto nivel de calidad desde el momento de su fabricación, esto es importante

Page 17: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

para la empresa ya que adquiere un alto grado de competitividad frente a otras

empresas.

Uno de los problemas que se pueden visualizar en estas líneas automáticas

es que algún componente mecánico se desgaste, presente alguna anomalía o falla,

desconfiguración del sistema de control o cumpla su vida útil, esta sea por mala

operación o mal mantenimiento de la máquina.

Estas condiciones pueden generar perdidas de producción por el tiempo

que se requiere al realizar un mantenimiento correctivo o alguna otra intervención

del equipo no antes planificada que signifique pérdida de tiempo de producción,

para que esto no acurra es importante contar con un plan de mantenimiento

preventivo del equipo con la finalidad de obtener la mayor disponibilidad posible del

equipo.

A pesar de esto todavía hay una gran variedad de empresas que todavía no

adquieren este tipo de maquinaria para embalar sus productos enlatados, y siguen

embalando sus productos con mecanismos antiguos, de forma manuales etc. Esto

puede ser quizás porque la maquinaria sea muy costosa, que las dimensiones de la

fábrica no permitan su implementación o sus velocidades de producción sean

demasiado bajas.

1.4.3. Líneas de embalaje manual

Algunas empresas todavía realizan este tipo de embalaje, pero resulta que

la influencia humana no siempre va a entregar un alto rendimiento que otorgue

confianza a la hora de embalar los productos, siempre existen altos y bajos en el

trabajo, y lo que buscan las empresas hoy en día es mantener un proceso eficiente y

que entregue un alto rendimiento constantemente.

Existen otro problemas como la velocidad de producción ya que si esta es

muy rápida y extensa, el operario se convierte prácticamente un esclavo del

proceso y debe realizar el trabajo al ritmo del proceso de producción y sin

equivocaciones, lo que no es un trabajo digno para una persona y también no está

libre de cometer el error de no introducir todas las unidades que corresponden ir en

la caja, realizar un mal manejo que produzca algún golpe o caída, y por ultimo

hurtos por descuido.

Page 18: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: www.eldiariomontanes.es

Figura 1-4. Embalado manual

Page 19: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

CAPÍTULO 2: ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Page 20: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

2. ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

2.1. INTRODUCCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Sabemos que existen variedad de maquinarias fabricadas con distintos

tipos de sistemas los cuales cuentan con variados mecanismos que le proporcionan

los movimientos a la máquina para que cumpla su función.

En cuanto a las líneas de embalaje, la fabricación de estas máquinas

depende de una necesidad específica de embalaje, por lo que de esta depende el

tipo de sistema con la cual será fabricada.

Refiriéndose a la automatización del proceso de embalaje que se realiza,

existen algunos tipos de sistemas que quizás sirven para cumplir con los requisitos

del diseño del proceso, pero se busca el sistema que pueda realizar mejor el trabajo,

otorgue más eficiencia y requiera un bajo costo, por lo que se realiza una

comparación de cada sistema con los requerimientos que se necesitan y se estudian

las ventajas y desventajas de cada tipo de sistema presentado como solución.

Lo sistemas para el diseño y fabricación que se presentan como soluciones

posibles, son el sistema hidráulico, neumático y mecánico.

Otro tipo de solución es comprar una máquina, pero como la queremos para

un fin especifico, nos resulta muy difícil encontrar una máquina precisa para el

trabajo, en este caso la mejor opción sería mandar a diseñar y fabricar a una

empresa, una máquina con las condiciones que se requieren, pero esto significara

un alto costo, por lo que no es recomendable.

2.2. DESCRIPCIÓN DE TIPOS DE SOLUCIONES

2.2.1. Descripción del sistema hidráulico

En principio todos los sistemas hidráulicos son iguales, sin importar sin son

sencillos o complicados, en la parte correspondiente a la alimentación de energía se

produce la transformación de otros tipos de energía en energía hidráulica, donde

también se produce un flujo generado por una bomba y el acondicionamiento del

aceite hidráulico. En la parte que corresponde al control de la energía, el aceite

hidráulico que se encarga de transmitir la energía es adaptado a las necesidades

especificas determinas por las diversas partes del sistema.

Existen las válvulas las cuales se encargan de las operaciones de regulación

y controlan dirección del caudal, nivel de presión y volumen del flujo, y también

están los actuadores que son los encargados de producir el trabajo con la ayuda que

proporciona la energía hidráulica que se transforma en energía mecánica.

Ventajas

Page 21: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

- las fuerzas pueden regularse de manera continua.

- Los elementos que se utilizan son reversibles y pueden frenar estando en

marcha.

- Capacidad de transmitir grande fuerzas.

- Sistema adecuado para el desarrollo de movimientos lentos.

- Fluido empleado es fácilmente recuperable.

- instalaciones hidráulicas altamente compactas.

Desventajas

- el sistema puede ser contaminado con polvos o algunas partículas

degradables del fluido.

- Los sistemas hidráulicos no pueden ser completamente a prueba de fugas.

- Elevado costo de sus elementos básicos.

- Perdidas de carga por fugas.

- Riesgo de accidente es más catastrófico.

- Elevado costo de mantenimiento.

2.2.2. Descripción del sistema neumático

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo

de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

Hoy en día hay una gran variedad de sistemas técnicos que se basan en el

funcionamiento en este tipo de energía. Por ejemplo, las puertas de algunos

microbuses y trenes se accionan con aire comprimido, en la industria existe mucha

utilidad de los sistemas neumáticos porque proporcionan un movimiento lineal y

desarrollan grandes fuerzas las cuales se aprovechan para empujar y levantar

cargas. En los sistemas neumáticos, el aire comprimido es producido por

un compresor, que es una bomba de aire comprimido accionada normalmente por

un motor eléctrico. Este aire se almacena en un depósito denominado receptor.

Desde éste el aire es llevado a través de válvulas a los cilindros (actuadores), que

son los componentes encargados de realizar el trabajo.

Ventajas:

- El aire es prácticamente disponible en todas partes y de forma ilimitada.

Page 22: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

- El aire comprimido es relativamente insensible a las fluctuaciones con la

temperatura, esto asegura una buena operación incluso en condiciones

extremas.

- Los componentes neumáticos son de simple construcción y por lo tanto son

relativamente baratos.

- El aire es un medio de trabajo rápido, por lo que se puede alcanzar altas

velocidades de trabajo.

- Las herramientas y componentes neumáticos pueden ser cargados hasta el

punto de detenimiento, por lo que son seguros a la sobrecarga.

- El aire es sometido a proceso de purificación por lo que es un medio de

trabajo limpio y no produce contaminación.

- Esta consta con una gran variedad de componentes que realizan todo tipos

de mecanismos.

- Generalmente este tipo de energía se puede usar en cualquier lugar, ya que

presenta un fácil montaje y alta flexibilidad como proceso frente a los otros.

Desventajas:

- El aire comprimido requiere buena preparación, por lo que la suciedad y

condensación no deben estar presentes.

- en circuitos muy extensos se producen perdidas de cargas considerables.

- Las presiones en las que se trabajan, no permiten generar altas fuerzas.

- Escape de aire produce un nivel de ruido alto.

2.2.3. Sistema mecánico

Los sistemas mecánicos son aquellos sistemas constituidos

fundamentalmente por componentes, dispositivos o elementos mecánicos que

tienen como función específica transformar o transmitir el movimiento desde las

fuentes que lo generan, los mecanismos más conocidos que se utilizan en los

sistemas mecánicos, son los engranajes, poleas, tornillos sin fin corona, motores,

reductores, levas etc.

Ventajas

- Transporte y soporte de cargas.

Page 23: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

- Generan variados movimientos, estos pueden ser circulares, lineales,

rotatorios etc.

- Consta con variados tipos de mecanismos.

Desventajas

- Imprecisión debido a vibraciones que se producen en los mecanismos.

- Elevado costo de mantenimiento.

- Montaje complejo.

2.3. ESTUDIO Y BÚSQUEDA DEL SISTEMA MÁS EFICIENTE PARA LA

AUTOMATIZACIÓN

Hoy en día cuando nos referimos a la automatización de procesos

industriales, hablamos de sistemas que realizan el trabajo de producir presiones,

fuerzas, transformaciones de energías que se utilizan para generar movimientos,

levantar y soportar cargas etc.

El sistema hidráulico, neumático y mecánico son una buena opción a la hora

de automatizar un proceso, pero para poder identificar qué sistema utilizar se

realiza un estudio previo teniendo en cuenta las condiciones de la automatización

que se realiza, para así determinar cual otorgara mejor eficiencia, calidad y un bajo

costo.

Es por esto que se hace una comparación de los siguientes sistemas para

comprobar si el trabajo que realiza cada sistema es óptimo y preciso para el diseño

del proceso de embalaje.

2.3.1. Análisis del sistema hidráulico

este tipo de sistema generalmente entrega un óptimo trabajo a la hora de

levantar, transportar o soportar cargas pesadas, el fluido empleado en el sistema es

fácilmente recuperable y su velocidad de actuación es fácilmente controlable, las

instalaciones hidráulicas son altamente compactas por lo que otorga seguridad al

sistema.

Las falencias de este tipo de sistema se enfoca mayormente en los fluidos a

utilizar, ya que estos presentan un alto costo en el mercado y son muy sensibles a la

contaminación, otra falencia es que pueden existir perdidas de carga provocadas

por fugas del fluido y altas temperaturas de trabajo, y como es un sistema

altamente costoso, se necesita personal calificado para su mantenimiento, para que

su funcionamiento sea el más optimo y no se ocasionen problemas.

En comparación con los requerimientos que se necesitan en la

automatización del proceso de embalaje de tarros de conserva, por lo visto la

implementación de este sistema al diseño no es tan necesaria y conveniente, ya que

Page 24: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

presenta condiciones no necesarias y algunas desventajas frente a los

requerimientos que se necesitan para la automatización, como:

Su implementación no es tan necesaria ya que la máxima carga que se

realizara es de aproximadamente 5 Kg, que es lo que pesan

aproximadamente el conjunto cilindro, ventosas y placa mas los tarros, por

lo que es una carga muy baja y no se necesita un gran esfuerzo para

levantarla, lo cual puede hacer perfectamente otro tipo de sistema más

conveniente.

la implementación es muy cara, ya que el sistema debe contar con los

componentes básicos para armar el circuito, los cuales en el caso de la

bomba hidráulica y el estanque son muy costosos.

Requiere de un mayor cuidado, debido a sus implicaciones en caso de de

sufrir algún daño por las aplicaciones que se le da, por lo que se necesita

personal calificado para su mantenimiento, lo que implica un mayor costo.

El riesgo de accidentes más catastróficos en caso de sobrepasar las

capacidades de carga o cualidades del sistema.

No cuenta con gran velocidad de trabajo.

2.3.2. Análisis del Sistema mecánico

Este sistema en comparación con los demás también otorga movimientos

sincronizados, transporte y soporte de cargas, que son realizados por diferentes

mecanismos alimentados desde una fuente de energía, por lo que mediante una

buena planificación, modelación del diseño y seleccionando los componentes

adecuados para el montaje, se puede lograr una automatización exitosa de

cualquier proceso.

Este sistema en comparación con los requerimientos que se necesitan en la

automatización se presenta como una buena opción para realizar el diseño del

proceso de embalaje de tarros de conversa, pero tiene algunos defectos importantes

que no pueden estar presentes en la automatización, ya que en el proceso a realizar

se necesita una alta precisión de trabajo, y cuenta con algunas desventajas frente a

los requerimientos que necesita la automatización como:

Se presentara una imprecisión debido a las vibraciones que se pueden

provocar en el sistema, estas generalmente son provocadas por

desalineamiento del eje, desbalanceo, descansos y acoples desajustados,

falta de lubricación etc.

Como el sistema presentara diversos tipos de mecanismos, estos deben ser

sometidos a mantenimiento periódico por parte de personal especializado

que conozca el funcionamiento del proceso ya que es un proceso único, lo

que señala un mayor costo de mantenimiento.

Page 25: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

En el proceso para poder levantar los tarros se necesita un componente el

cual otorgue un buen agarre, seguridad y que no dañe el producto, un

componente mecánico que podría realizar este trabajo seria una pinza

mecánica, pero como el agarre no es preciso ya que la forma de los tarros

le impide un buen agarre, por lo que se necesitaría una mayor presión para

levantarlos lo que puede llegar a deformar y dañar el producto.

El montaje de este tipo de sistema es más complicado ya que algunos

mecanismos necesitan una alta precisión y alineamiento, por lo que a la

hora del montaje se deben realizar varias pruebas para verificar su buen

funcionamiento para la puesta en marcha, esto implica una desventaja

frente a otro sistemas que son más fáciles de montar.

2.3.3. Análisis del Sistema neumático

Este tipo de sistema es unos de los más utilizados en el área industrial, ya

que es una tecnología que trabaja a base de aire comprimido, y el aire está

prácticamente disponible en todas partes y en cantidades ilimitadas.

En la actualidad, los progresos tecnológicos realizados en materiales,

diseño y procesos de producción han mejorado la calidad y diversidad de los

componentes neumáticos y de esta forma manifiesta un amplio uso en la

automatización.

Este sistema es uno de los que presenta mayor ventaja en

comparación con el sistema hidráulico y mecánico, ya que presenta condiciones de

operación más simples y efectivas.

Es por esto que este sistema es unos de los más convenientes para realizar

la automatización del proceso de embalaje ya que presenta más ventajas que

desventajas para la realización del diseño del proceso como:

los componentes de operación son de simple construcción, por lo que esto

genera un manejo fácil del sistema, no se requiere de personal

especializado para realizar el montaje.

El aire comprimido es un medio de trabajo rápido, esto permite obtener

altas velocidades de trabajo, las cuales se pueden regular mediante

válvulas, esto es muy bueno así se puede buscar una velocidad aceptable

para el proceso.

Las herramientas y componentes neumáticos pueden ser cargados hasta el

punto de detenimiento, por lo tanto demuestran que son seguros a la

sobrecarga. A la hora de realizar trabajos, el sistema neumático es uno de

los más seguros y limpios que hay hoy en día, por lo que otorga una gran

confianza de operación y disminución de riesgos de accidentes.

esta tecnología cuenta con una gran variedad de componentes, los cuales

se caracterizan por las diferentes funciones que realizan, por lo que en el

caso de la automatización del proceso, este cumple con todos los

Page 26: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

componentes, velocidades de operación y esfuerzos de trabajo que se

necesitan para la realización del diseño.

las herramientas y componentes son relativamente baratos, por lo que son

más accesibles. Esto es bueno ya que se busca minimizar los costos de

fabricación del diseño.

En cuanto a fuerzas, esfuerzos y elevación de cargas, en la automatización,

este sistema cumple con las características para realizar el trabajo, ya que

la carga máxima que tiene que levantar es de aproximadamente 5 kilos,

por lo que no es problema para la neumática.

Esta cuenta con un componente clave para el diseño, esta es la ventosa la

cual presenta variedad de diámetros y formas, para realizar el trabajo, el

cual será elevar los tarros y posicionarlos dentro de una caja.

En el diseño se ocupara una ventosa plana ya que es la que mejor cumple con los

requisitos para la operación.

Mediante la siguiente Tabla se evalúan los sistemas según los requerimientos de la

automatización, indicando con un no cumple, cumple satisfactoriamente y cumple

plenamente.

Tabla 2-1. Evaluación de los sistemas

Requerimientos

importantes a

cumplir en la

automatización

Sistema hidráulico Sistema

neumático

Sistema mecánico

Máxima carga a

levantar: 5kg

Si cumple

satisfactoriament

e

Si cumple

satisfactoriament

e

Si cumple

satisfactoriament

e

Page 27: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Precisión en los

movimientos.

si Cumple

satisfactoriament

e

si Cumple

plenamente

No cumple

Cuenta con

componentes

adecuados.

Si cumple

satisfactoriament

e

Si cumple

plenamente

No cumple

Bajo costo de

mantenimiento.

No cumple Si cumple

satisfactoriament

e

No cumple

Montaje rápido

y simple.

Si cumple

satisfactoriament

e

Si cumple

plenamente

No cumple

Altas

velocidades de

trabajo

regulables.

No cumple Si cumple

plenamente

Si cumple

satisfactoriament

e

Alta seguridad

de operación.

Si cumple

satisfactoriament

e

Si cumple

plenamente

Si cumple

satisfactoriament

e

Fuente: fuente propia

2.4. ELECCIÓN DEL SISTEMA

Por lo investigado en los tres sistemas más utilizados en el ámbito de la

automatización industrial.

Se observa que la balanza se inclina más por el sistema neumático ya que

es el que más ventajas tiene para la automatización, y es el que más cumple con los

requisitos que se necesitan para el diseño del proceso, por lo que se comenzara a

desarrollar el diseño en base a esta tecnología.

2.5. PROPUESTA DE SOLUCIÓN

Como propuesta de solución para combatir la problemática descrita

anteriormente se propone realizar una automatización, donde se tiene en cuenta

Page 28: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

los diversos problemas mencionados de las diferentes formas de realizar el

embalaje.

Esta solución es diseñar de un proceso automático de embalaje de tarros de

conserva, que demuestre una correcta forma de realizar un embalaje.

Este diseño se trata de una parte de una línea de embalaje la cual realiza el

trabajo de tomar los tarros e introducirlos dentro de la caja para posteriormente

pasar a otro proceso anexo como el de cerrado, sellado y almacenado.

En parte se busca diseñar una máquina que permita eliminar los problemas

generados por la influencia humana, que permita disminuir la perdida de

producción.

Este embalaje se enfoca en una sola dimensión de tarros, la cual es

estándar para una gran variedad de productos, como el tarro del jurel, verduras,

frutas etc.

Page 29: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

CAPÍTULO 3: DISEÑO DEL PROCESO AUTOMATIZADO

Page 30: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

3. DISEÑO DEL PROCESO AUTOMATIZADO

3.1. EXPLICACIÓN DEL PROCESO

El proceso automatizado está enfocado a una sola parte de una línea de

embalaje de tarros conserveros, la cual se trata de él embalado de los tarros de

conserva dentro de un conjunto de empaque (caja), este proceso realiza diversos

movimientos paso por paso para cumplir su función, los cuales son explicados uno

por uno a continuación:

Fuente: elaboración propia

Figura 3-1. Diagrama de flujo del proceso

3.1.1. Transporte y llegada del producto

Page 31: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Esta parte se observa la llegada de los tarros conserveros como producto

terminado que debe pasar a su última etapa de embalado, para su comercialización.

Estos son llevados de a pares por una cinta transportadora, hasta un tope donde se

produce un ordenado de estos para ser embalados, la llegada de los tarros está

diseñada para que lleguen de a 3 pares.

3.1.2. Recepción del producto y acomodamiento

Esta parte se encarga de recibir los tarros, en esta se encuentran dos

sensores X12, X13 y un cilindro de bloqueo doble efecto C que parte abierto

encargado del ordenamiento de los tarros, como los tarros vienen en movimiento

estos llegan hasta el cilindro de bloqueo, donde se ordenan de modo que queden en

parejas de a dos. Llegan un momento que el cilindro de bloqueo vuelve y los tarros

pasan a otro tope para la acumulación de estos en pajeras, donde se debe acumular

3 pares de tarros, donde los sensores se sitúan en serie de tal forma de que a

medida que van pasando las parejas de tarros estos se accionen en serie y manden

una señal a un contador para que este cuente las parejas de tarros que van pasando

hasta llegar a 3 y mande una señal para que se detenga la cinta, el cilindro de

bloqueo doble efecto C inicie su carrera para bloquear el paso a los demás tarros, a

el cilindro vertical para que este descienda y proceda a el levantamiento de los

tarros para su embalado y al generador de vacío E para que este provoque el vacio.

3.1.3. Levantamiento y posicionamiento del producto

Una vez ordenado los 6 tarros, un mecanismo compuesto por una placa

donde van acopladas 6 ventosas, y un cilindro guiado vertical doble efecto D

encargado de dar el movimiento de ascenso y descenso de las ventosas, este va

acoplado a un cilindro sin vástago F que se mueve transversalmente desde la cinta

que transporta los tarros hasta la cinta que transporta la caja, en esta parte el

cilindro doble efecto D cumple la función de bajar y por medio de las ventosas

levantar los tarros, Después el cilindro sin vástago F se desplaza de manera

transversal y se situé de forma que los tarros queden en la posición exacta por

sobre un lado de la caja la cual está diseñada para contener 12 conservas en total,

una vez que el cilindro vertical descendió y el eyector dejo de generar vacio se

depositan los primeros 6 tarros y al momento que el cilindro vertical D asciende al

llegar manda una señal para que la cinta que trae los tarros se active, el cilindro de

bloqueo C retroceda y el cilindro de empuje G mueva la caja hacia un tope dejando

la caja a una distancia adecuada para que se depositen los otros 6 tarros para que

se vuelva a repetir la tarea de embalado.

3.1.4. Transporte y Llegada del conjunto de empaque (caja)

En esta parte la caja es llevada por una cinta transportadora, hasta la parte

donde se procede a embalar los tarros dentro de ella, la cual se encuentra a la

Page 32: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

misma altura y posición transversal a los tarros ordenados. Esta caja llega hasta un

tope que es parte de el cilindro de empuje el cual está en la misma posición lineal al

tope de los tarros el cual mantiene la caja en la posición deseada para introducir los

tarros, en la misma posición se encuentra al lado derecho un cilindro de empuje G

perpendicular a la caja, el cual cumplirá la función de desplazar la caja de forma

transversal, al momento que llega la caja se activa un sensor X11 que manda una

señal para que la correa transportadora de este mismo se detenga.

3.1.5. Embalado del producto dentro de la caja

Una vez levantados y posicionados los tarros, el cilindro doble efecto B

procede a descender y depositar los primeros 6 tarros dentro de la caja, después un

cilindro doble efecto C desplaza la caja de manera que quede libre de obstáculos y

que tope con una pared lateral y se posicione de manera exacta para que el proceso

de levantamiento de los tarros se vuelva a repetir y introduzca los segundos 6 tarros

dentro de la caja en el espacio faltante.

3.1.6. Fin del embalado

Finalmente después de haber introducido las 12 conservas en la caja, al

momento que el cilindro doble efecto G vuelve, esta manda una señal para que el

proceso se vuelva a repetir continuamente y la cinta transportadora comience a

avanzar y traslade la caja para pasar a otro proceso anexo.

3.2. CALCULOS Y SELECCIÓN DE ELEMENTOS

Se debe seleccionar los actuadores adecuados para un manipulador de un

proceso de embalaje de tarros conserveros. Como se puede apreciar en el dibujo en

primer lugar se sujetan las latas mediante ventosas que trabajan con un único

Page 33: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

generador de vacío, una vez sujetados los tarro, estos se elevan mediante un

actuador lineal B, posteriormente un actuador lineal sin vástago D las traslada

transversalmente hasta donde se encuentra la caja, y el actuador lineal B las sitúa

en su posición dentro de la caja, este movimiento se repite dos veces y para

terminar el ciclo todos los actuadores vuelven a su posición inicial.

A continuación se pide seleccionar los elementos neumáticos siguientes:

- Las ventosas.

- generador de vacío.

- un actuador lineal vertical.

- Un actuador lineal sin vástago.

- Un actuador lineal horizontal.

- Motor neumático.

Se debe calcular además el costo del aire comprimido consumido por los

elementos seleccionados teniendo en cuenta que el ciclo de embalado dura 15

segundos y el manipulador trabaja de manera continua durante 16 horas diarias.

Datos

Tarro conservero:

Diámetro: 74 mm

Espesor: 113 mm

Peso neto: 0,425 kg

Coeficiente de roce entre ventosa y lata: 0,3

Velocidad permanente del moviendo vertical: 0,25 m/s

Factor de seguridad: 1,5

Presión de trabajo: 6 bar

3.2.1. Selección de ventosas

Para calcular la fuerza de aspiración que tiene que proporcionar la ventosa

se tienen que considerar tanto los movimientos verticales como los movimientos

horizontales que se realizan sujetando el tarro, se considera un factor de seguridad

de 1,5.

3.2.1.1. Diagrama de cuerpo libre del Movimiento vertical

Page 34: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

En el caso del movimiento vertical las situaciones más desfavorables tienen lugar en

el inicio del movimiento de ascenso y en la frenada del movimiento de descenso.

Fuente: archivo personal

Figura 3-2. Diagrama de cuerpo libre de la ventosa en movimiento vertical

Podemos suponer que la aceleración y desaceleración es constante durante

el tiempo de arranque y parada. Normalmente su valor se puede estimar

considerando que se pasa de 0 a 1 en una decima

de segundo, por lo que la aceleración será de 10 .

3.2.1.2. Calculo de fuerza de aspiración Movimiento vertical

El cálculo de la fuerza de aspiración que se produce en el movimiento

vertical se obtiene de la siguiente ecuación.

Donde:

: Factor de seguridad.

: Peso en .

: Aceleración de gravedad en

: Aceleración estimada en

Luego, reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Page 35: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

3.2.1.3. Diagrama de cuerpo libre del Movimiento horizontal

Las aceleraciones que se producen en el movimiento horizontal provocan

un esfuerzo cortante entre ventosa y lata que puede hacer que estas se separen, la

fuerza de roce debe ser suficiente para que esto no ocurra, en este caso el

coeficiente de roce entre ventosa y lata es de 0,3. La máxima aceleración se da en

el arranque y frenada del actuador lineal sin vástago.

Fuente: archivo personal

Figura 3-3. Diagrama de cuerpo libre de la ventosa en movimiento horizontal

Como la posición que están las ventosas no es centrada, se da que las que

queden más alejadas del centro de gravedad sufrirán una mayor aceleración. Es por

esto que se considera una velocidad lineal elevada de 40 .

Se elige el diámetro de las ventosas más adecuado de los que proporciona

el catalogo, suponiendo que el nivel de vacio con el cual trabajaran será de 70 %.

Se plantea en ambos casos el equilibrio de fuerzas sobre la lata teniendo en

cuenta las fuerzas de inercia:

3.2.1.4. Calculo de fuerza de aspiración Movimiento horizontal

El cálculo de la fuerza de aspiración que se produce en el movimiento

horizontal se obtiene de la siguiente ecuación.

Donde:

Page 36: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

: Factor de seguridad.

: Peso en .

: Aceleración de gravedad en

: Aceleración estimada en

: Coeficiente de roce = 0,3

Luego, reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Es más significativo el caso del movimiento horizontal que produce una

fuerza de aspiración de 91,25 [N] que es mayor que la proporcionada por el

movimiento vertical, por lo que se toma el mayor valor para buscar el diámetro

adecuado de las ventosas en el catalogo.

El siguiente catalogo (festo) de ventosas se ofrece el dato de la fuerza de

aspiración que cada ventosa es capaz de generar con un nivel de vacío de 70 %

Tabla 3-1. Datos técnicos ventosas vas de festo

Page 37: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: www.festo.cl

La ventosa más adecuada que con un nivel de vacio del 70% es capaz de

producir una fuerza de aspiración mayor que 91,25[N] es la de diámetro 55 mm.

Se eligen ventosas de diámetro 55 que tienen un peso teórico de 16 caga

una.

3.2.2. Selección del generador de vacio

Se debe elegir en el catalogo un generador de vacio adecuado para

producir un nivel de vacio del 70%, se desea que el generador trabaje a la menor

presión posible para minimizar así el caudal de aire que consume para generar el

vacio, considerando un cierto margen de seguridad.

Según el catalogo se debe elegir un generador de vacio (de alto vacio)

adecuado, establézcase la presión con la cual debe funcionar y se debe calcular el

caudal consumido por el generador.

Se observa en el catalogo (festo) que hay varios tamaños de generadores

de alto vacio, cuanto mayor es el generador de vacío, mayor caudal de aire puede

aspirar, lo que permite alcanzar el grado de vacio deseado rápidamente, sin

embargo se debe tener en cuenta que para conseguir una mayor capacidad de

aspiración de caudal se debe consumir una gran cantidad de aire comprimido, por lo

que es más recomendable es buscar un generador menos costoso y que cumpla con

los requisitos.

Tabla 3-2. Tabla generadores de alto vacio catalogo festo

Page 38: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: www.festo.cl

Tabla 3-3. Tabla de datos técnicos generadores de vacio catalogo festo

Fuente: www.festo.cl

Como en este caso el volumen de aire que se debe aspirar no es de gran

cantidad, y debido a este a este reducido volumen de aire que se debe aspirar, se

ha optado por elegir el generador de vacío de menor tamaño con el fin de minimizar

el consumo de aire comprimido, se elige el generador tipo VN-05.

Se debe prestar atención a las siguientes dos graficas, la primera nos

entrega el grado de vacío que puede proporcionar el generador a una presión

primaria de funcionamiento, la curva correspondiente al generador VN-05 es la n°1.

Page 39: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: www.festo.cl

Grafico 3-1. Grafico del vacío en función de presión de funcionamiento catalogo festo

Como se puede observar en la grafica, en el caso de la curva n°1 una vez

que pasa arriba de 4 bares de presión no se gana casi nada en el grado de vacio

conseguido, se debe tener en cuenta que a mayor presión el consumo de aire

aumenta. Por tanto se elige trabajar con una presión primaria de 4 bares con la que

el eyector proporciona un nivel de vacio cercano al 80% que es mayor que el

propuesto, por lo que se mantiene un grado de seguridad.

La segunda grafica proporciona el consumo de aire para una presión

primaria de funcionamiento determinada.

Page 40: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: www.festo.cl

Grafico 3-2. Grafico consumo de aire en función de la presión de funcionamiento catalogo festo

La curva a utilizar en este caso es nuevamente la n°1, en la grafica se

puede apreciar que el consumo de aire es de 8 Nl/min para una presión primaria de

trabajo de 4 bar

3.2.3. Selección del actuador lineal vertical

En este caso para la selección del actuador lineal debe tener la siguiente

característica:

- La longitud de carrera debe ser mayor que la altura de las guías y las latas,

para elevarlas lo suficiente para trasladarlas hacia la caja.

- Debe ser capaz de aguantar el momento flector provocado por el hecho de

que la placa con las ventosas se encuentra descentrados respecto de su

eje.

Para responder adecuadamente a las características se va elegir un

actuador con guías. Estas ayudan a soportar el momento flector. Respecto a la

longitud de carrera se va elegir una longitud de carrera que sobrepase la altura de

los tarros.

Se debe seleccionar el diámetro del actuador más adecuado, teniendo en

cuenta que este es el que realiza el trabajo levantar el peso de los tarros, del

conjunto placa ventosas y eyector.

Page 41: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: archivo personal

Figura 3-4. Diagrama de cuerpo libre actuador vertical

Tabla 3-4. Tabla de valores para cálculo de cilindro vertical

Peso total del

conjunto placa-

ventosa y

tarros.

Ventosa:

Peso teórico del

generador de vacío:

Placa de aluminio:

Tarros:

De la siguiente sumatoria de

obtiene el peso total.

Donde:

: peso de las ventosas

: peso del generador de vacio

: peso placa de aluminio

: peso de los tarros

Reemplazando los valores en la

ecuación de obtiene:

Factor de

seguridad

debido a que

existe un peso

de la masa

móvil del

actuador que no

se considera en

primera

instancia.

2

El valor obtenido por la sumatoria

anterior se multiplica por el factor

seguridad debido a que existe un

peso de la masa móvil del

actuador que no se considera en

primera instancia.

Fuerza

necesaria para

realizar el

trabajo en N.

Page 42: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Factor de carga.

0.7 para aceleraciones

normales.

0.4 y 0.5 para

aceleraciones grandes0.7

Rendimiento

interno del

cilindro por

rozamiento de

las juntas.

Entre 0.8 y 0.9 (ver

catalogo comercial)0.9

Presión

manométrica en

el cilindro.6 bar

Fuerza teórica

en el cilindro en

N.

De la siguiente

ecuación de obtiene la

fuerza teórica en el

cilindro.

Reemplazando los valores en la

ecuación se obtiene:

El caso más desfavorable es el de la subida de la carga, es decir a la

entrada del vástago, se elige el diámetro más adecuado según el catalogo:

Tabla 3-5. Tabla fuerza avance y retroceso cilindro doble efecto catalogo festo

Fuente: www.festo.cl

De los diámetros del catalogo el más apropiado es el de diámetro de

embolo 20 ya que la fuerza teórica a 6 bar de presión en la subida es de 141 N la

cual supera ampliamente los 113,53 N necesarios.

3.2.4. Selección del actuador lineal horizontal

Page 43: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: archivo personal

Figura 3-5. Diagrama de cuerpo libre actuador horizontal

Datos

Peso de la caja: 0,1 kg

Peso de las latas a empujar: 2,55 kg

Coeficiente de roce entre goma – cartón: 0,7

: Masa

: 9,81 [N]

: Fuerza de roce

: Fuerza normal

: Coeficiente de roce

Se debe determinar la fuerza que se necesita para sacar la caja con las

latas del reposo y empujarla.

En la siguiente ecuación se determina la fuerza normal del objeto que se empuja,

este caso la caja y tarros.

Donde:

: Masa en kg de las latas.

: Aceleración de gravedad 9,81 [N]

: Fuerza normal

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Page 44: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

En la siguiente ecuación se determina la fuerza de roce provocada por el empuje.

Donde:

: Fuerza de roce estático.

: Coeficiente de roce entre goma-cartón = 0,7

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Este valor obtenido de aproxima a 40 [N] ya que la caja se debe sacar del

reposo con una velocidad de empuje aceptable.

En el catalogo de festo se entrega el valor de la fuera que un cilindro puede

realizar en avance y retroceso, con diferentes diámetros de embolo.

Tabla 3-6. Tabla energía de impacto actuadores ADN catalogo festo

Fuente: www.festo.cl

En catalogo de observa que para cilindros de vástago normal de diámetro

12 mm, la fuerza teórica con una presión de 6 bar es de 68 N lo que supera a los 40

N necesarios para mover la caja con las latas, por lo que se selecciona el de

diámetro 12 mm.

3.2.5. Selección del cilindro sin vástago

Tabla 3-7. Tabla Fuerzas y momentos actuadores DGP catalogo festo

Page 45: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: www.festo.cl

Para la selección de este cilindro se deben determinar los tipos de fuerzas

que ejercen sobre él, en este caso sobre su guía va montado un cilindro guiado

vertical, que va junto con una placa y ventosas, este está montado de manera

vertical, por lo que solo ejerce una fuerza había abajo, si vemos el dibujo de la

representación de las fuerzas según el catalogo de festo podemos decir que la

fuerza que está soportando el cilindro sin vástago es representada como (Fz).

Datos:

: Peso por unidad de tarros = 0,425 kg

: Peso total de los tarros.

: numero de ventosas = 6

: numero de tarros = 6

: Peso por unidad de ventosa = 0,016 kg

: peso total ventosas.

: Peso teórico del generador de vacío = 0,5 kg

: Placa de aluminio = 0,5 kg

: Peso teórico del cilindro vertical = 2,5 kg

: Fuerza que soporta el actuador sin vástago en el eje z.

Peso de las ventosas:

En la siguiente ecuación se obtiene el peso total de las ventosas

Page 46: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Peso de los tarros:

En la siguiente ecuación se obtiene el peso total de los tarros.

Reemplazando los valores en la ecuación de obtiene:

Peso total (fz)

De la siguiente ecuación de determina el peso total que debe aguantar el actuador

sin vástago en el eje z.

Sabemos que el peso total de el conjunto de componentes montado al

cilindro es de aproximadamente 6,146 kg, este se multiplica por 9,81 [N] para

transformar los kg a [N].

Como sabemos que 1 kg = 9,81 [N], por lo tanto la transformación queda.

Tenemos que:

De la tabla de 3 se obtiene:

Si nos fijamos en la tabla el que menos resiste es el cilindro de diámetro 18,

con una resistencia en [Fz] de 120 [N] lo que es mayor que los 60,29 [N] obtenidos

en el cálculo, por lo que se elige el de diámetro 18 adquiriendo así también un factor

Page 47: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

de seguridad por la diferencia que queda entre las fuerza necesaria y la que resiste

el cilindro.

3.2.6. Selección de motores neumáticos para cinta transportadora

Fuente: archivo personal

Figura 3-6. Diagrama cuerpo libre de cinta transportadora

Datos:

Largo de la cinta: 969,72 mm

Ancho de la cinta: 150 mm

Diámetro del tarro: 74 mm

Peso por unidad de tarro: 0,425 kg

La capacidad de tarros se obtiene según cuantos caben dentro de la cinta,

dos tarros suman 148 mm por sus diámetros por lo que caben 2 tarros en parejas

uno al lado del otro ya que el ancho es de 150 mm.

De la siguiente ecuación se obtiene la cantidad de tarros que caben sobre la cinta.

Donde:

: Largo de la cinta en mm.

: Diámetro del tarro en mm.

: Numero de tarros en mm.

Reemplazando en la ecuación se obtiene:

Page 48: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Capacidad total de la cinta da como resultado 26,2 tarros.

Se procede a aproximar a 27 tarros para calcular el peso total sobre la

cinta, si el peso de cada tarro es de 0,425 kg, por lo que se multiplica el peso por

unidad de tarros por la cantidad de tarros que cupieron sobre la cinta.

De la siguiente ecuación se obtiene el peso total de los tarros sobre la cinta.

Donde:

: Cantidad de tarros sobre la cinta = 27

: Peso por unidad de tarros = 0,425 kg

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

3.2.6.1. Cálculo del momento torsión para la elección del motor cinta n° 1

Datos:

Peso sobre la cinta: 11,475 kg

Peso de la cinta 2: 2 kg

De la siguiente ecuación se determina la fuerza normal producida por los tarros.

Donde:

: Masa total sobre la cinta = (11,457+2)

: 9,81 [N]

: Fuerza normal en [N]

Reemplazando los valores en la ecuación de obtiene:

Page 49: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

De la siguiente ecuación se determina la fuerza de roce entre la cinta y la

plataforma.

Donde:

: Coeficiente de roce goma – aluminio = 0,5

: Fuerza normal = 132,18 [N]

Reemplazando los valores en la ecuación de obtiene:

Se obtiene una fuerza de roce de 66,009 N la cual se aproxima a 100 N para

poder sacar del reposo la cinta y mover los tarros a una velocidad razonable y

regulable. Por lo que se determina el momento de torsión que se obtiene

multiplicando la fuerza por la distancia, en este caso la fuerza es la fuerza de roce y

la distancia es el radio del tambor

El momento de torsión necesario se determina con la siguiente ecuación.

Donde:

: Fuerza de roce = 100 [N]

: Momento torsión [Nm]

: Radio del tambor = 0,0325 m

Reemplazando en la ecuación se obtiene:

3.2.6.2. Cálculo del momento torsión para la elección del motor cinta n°2:

En la cinta transportadora de cajas se toma el peso de la cantidad de 12

tarros ya que la máxima carga es cuando el embalado esta completo, ósea los 12

tarros dentro de la caja de empaque, se considera despreciable el peso de la caja.

Page 50: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

De la siguiente ecuación se determina el peso máximo sobre la cinta

transportadora de la caja.

Donde:

: Cantidad de tarros sobre la cinta = 27

: Peso por unidad de tarros = 0,425 kg

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

El peso máximo sobre la cinta transportadora de las cajas es de 5,1 kg.

Datos:

Peso sobre la cinta: 5,1 kg

Peso de la cinta 2: 5 kg

Radio del tambor en m = 0,0325 m

De la siguiente formula se determina la fuerza normal

Donde:

: Masa total sobre la cinta = (5,1+2,5) kg

: 9,81 [N]

: Fuerza normal en [N]

Reemplazando los valores en la ecuación de obtiene:

De la siguiente formula se determina la fuerza de roce.

Donde:

: Coeficiente de roce goma – aluminio = 0.5

: Fuerza normal = 74,55 [N]

Page 51: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

: Fuerza de roce en [N]

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Se obtiene una fuerza de roce de 37,27 [N] la cual se aproxima a 70 [N]

para poder sacar del reposo la cinta y mover la caja con una velocidad aceptable.

De la siguiente ecuación se determina el momento de torsión necesario.

Donde:

: Momento torsión en [Nm].

: Radio = 0,0325 m

: Fuerza de roce = 70 [N].

Reemplazando los valores en la siguiente ecuación.

Tabla 3-8. Tabla datos técnicos del motor neumático catalogo festo

Fuente: www.festo.cl

Se elige una unidad de motor de tamaño 62-G7 para la cinta transportadora

de tarros el cual es el más apropiado según el par obtenido de 3,25 [Nm], ya que se

ve en la tabla que el valor más aproximado es de 7,2 [Nm] de momento de giro en

la salida.

Page 52: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Para la cinta transportadora de cajas se elige una unidad de motor 52-G14

que admite momento de giro en la salida de 3,08 [Nm] que es mayor que el

necesario y el más apropiado según la tabla.

3.3. DISEÑO DEL PROCESO AUTOMATIZADO

3.3.1. Plataforma diseñada

En la siguiente figura se aprecia la plataforma diseñada para la

automatización dibujada en SOLIDWORKS.

Esta mesa se compone por diferentes placas las cuales van soldadas sobre

una plataforma, estas cumplen la función de guías y topes para el correcto paso de

la caja y los tarros.

También se compone de 7 soportes que van soldados de la manera precisa,

estos cumplen la función de soportar los descansos de los rodillos de la correa

transportadora.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-7. Mesa de acero diseñada para la automatización dibujada en SOLIDWORKS

Page 53: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 3-8. Mesa de acero diseñada vista desde arriba

3.4. COMPONENTES NEUMATICOS PRINCIPALES DEL DISEÑO

3.4.1. Actuador lineal sin vástago

Este actuador tiene como función principal trasladar transversalmente el

conjunto de cilindro vertical unido con las ventosas el cual va acoplado por pernos al

carro, este movimiento permite llevar los tarros hacia la caja.

Fuente: elaboración propia

Page 54: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Figura 3-9. Actuador sin vástago DGP

3.4.2. Generador de vacío

Este cumple la función fundamental de generar un vacio, el cual consiste en

una succión de aire.

Este generador va conectado directamente a las ventosas, de manera que

el vacio se manifieste en estas para lograr el levantamiento de los tarros por medio

de la succión de aire.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-10. Generador de vacio

3.4.3. Electro-válvula para sistemas neumáticos:

Válvula 5/2 con accionamiento por solenoide, pilotaje presión y retorno

mecánico por muelle.

Esta válvula tiene la tarea de activar los actuadores que se utilizaran en la

automatización.

La válvula parte cerrada tiene dos posiciones, la posición de la derecha

tiene una vía que alimenta de aire al cilindro que mantiene el vasto a dentro, el aire

contenido se despicha por la vía de la izquierda hacia la atmosfera, al momento de

que se activa la válvula mediante el solenoide esta cambia de posición y la posición

izquierda manda un flujo de aire que hace salir el vástago y el aire contenido esta

vez se despicha por la posición derecha hacia la atmosfera.

Page 55: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 3-11. Electroválvula 5/2

3.4.4. Sensor de proximidad

Es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca

del elemento sensor, este tiene un rango de detección en mm los más grandes

pueden llegar hasta 8 mm.

3.4.5. Válvula regulador de caudal

Estas válvulas se colocar tanto en la entrada como en la salida del actuador.

La válvula consta principalmente de un tornillo de reglaje con una contratuerca y

una membrana para obturar. La principal función que tendrá esta válvula será

controlar la velocidad de los actuadores del proceso tanto en la entrada como en la

salida.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-12. Regulador de caudal

Page 56: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

3.4.6. Actuador guiado vertical

Este actuador va unido a una placa con 6 ventosas, este conjunto esta

acoplado a al carro del actuador lineal sin vástago, este cumple la función de

descenso y acenso del conjunto de ventosas para que estas cumplan su función.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-13. Actuador guiado vertical

Fuente: elaboración propia

Figura 3-14. Actuador guiado horizontal

3.4.7. Cilindro de bloqueo

Page 57: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Este cilindro de doble efecto cumple la función de ordenar en primera

instancia los tarros que vienen por la cinta transportadora de manera que queden

ordenados de a pares, en segunda instancia también realiza la función de bloquear

el paso a los demás tarros al momento que ya han pasado los 6 tarros, para que no

se produzca una acumulación de estos.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-15. Actuador de bloqueo

3.4.8. Unidad de motor neumático

Este motor tiene el mismo principio que todos los otros motores el cual es

transformar la energía rotativa que en este caso es provocada por el flujo de aire

comprimido, en energía de movimiento mecánico.

Este cumple la función transmitir el movimiento rotativo hacia los tambores

los cuales unidos a una cinta transportadora generan el movimiento de avance, con

el cual la cinta mueve los objetos en este caso los tarros y la caja.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-16. Motor neumático

Page 58: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

3.4.9. Ventosas

Esta consiste en un componente de goma con forma de chupón,

generalmente de utilizan de forma plana por las el buen agarre que logran.

Esta cumple la función de succionar los tarros mediante vacio, logrando elevarlos

para después ser trasladados hacia la caja de empaque para ser depositados.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-17. Ventosa plana

3.4.10. Compresor

Este componente se encarga de aspirar aire a presión atmosférica

ambiental, el cual se comprime y se entrega a presión más elevada al sistema

neumático. Es así como se transforma la energía mecánica en energía neumática.

Fuente: http://www.aircompressorschina.com

Figura 3-18. Compresor

3.5. PARTES CONSIDERABLES DEL DISEÑO

Page 59: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 3-19. Cilindro de empuje unido a su respectiva placa con forma de ángulo de 90°

Este cilindro de empuje va unido a una placa en forma de ángulo la

cual con la parte que no está unida, que tiene en el costado cumple la

función de tope para retener la caja al momento su llegada. Este va unido

por 4 pernos de 2mm de diámetro.

Fuente: elaboración propia

Figura 3-20. Fijación del cilindro sin vástago

En esta parte se visualiza le forma como será fijado el cilindro sin vástago, este

consta de una pieza el cual cubre las parte de cada extremo del cilindro

aprisionándolo en la plataforma del perfil, de manera de que el cilindro no se mueva

mediante un ángulo de unión de 40x38x2 se procede a unir y dejar fija la pieza

aprisionadora con la plataforma del perfil. Esta va unida por 4 pernos de 2 mm por

extremo.

Page 60: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 3-21. Proceso automatizado vista superior

Fuente: elaboración propia

Figura 3-22. Proceso automatizado vista trasera

Page 61: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 3-23. Soporte rodamiento prisionero

Como descansos de los tambores motriz y conducido, se utilizan un soporte

con rodamiento prisionero, este va fijado con la mesa mediante pernos y

tuercas de 11 mm.

Page 62: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

3.6. SISTEMA DE CONTROL

3.6.1. Conexionado neumático

Fuente: elaboración propia

Figura 3-24. Conexionado neumático

3.6.2. Diagrama de fase

Page 63: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 3-25. Diagrama de fase del conexionado

3.6.3. Secuencia

(A+B+) (B-C-) C0 (A-C+) (D+E+) D- F+ D+ (D-E-) (F-G+) (A+C-) C0 (A-C+) (D+E+)

D+ F+ D+ (D-E-) F- C1 (A+B+G-)

3.6.4. Sistema de control por P.L.C

Sistema de control que se utilizara para generar los movimientos que

utilizaremos en la automatización del proceso de embalaje de tarros en conservas

P.L.C (control lógico programable):

El PLC es un dispositivo que fue desarrollado para reemplazar los circuitos

secuenciales de relevadores para el control de máquinas.

Este trabaja atendiendo sus entradas y dependiendo de su estado conecta

y desconecta sus salidas, los programas son introducidos normalmente vía software

que proporciona los resultados deseados, este programa es un tipo de circuito

(método de plantilla) funciona como una escalera donde cada línea da el paso a la

siguiente y cada memoria funciona como condición para activar una señal o provoca

un movimiento determinado y especifico, siendo el último movimiento el que

deshabilite todas las memorias accionadas anteriormente (reinicia el circuito). Esto

simplifica demasiado la resolución del LADDER (lenguaje de contactos o de

escalera).

3.6.5. Diagrama escalera P.L.C en programa Mitsubishi

Page 64: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros
Page 65: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 3-26. Circuito P.L.C diagrama escalera del proceso

3.6.6. fotos de la simulación en taller de neumática

Fuente: archivo personal

Figura 3-27. Simulación de sensores en laboratorio de neumática

Page 66: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: archivo personal

Figura 3-28. Simulación de sensores en laboratorio de neumática

Fuente: archivo personal

Figura 3-29. P.L.C MITSUBITSHI del laboratorio de neumática

Page 67: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: archivo personal

Figura 3-30. Simulación panel laboratorio neumática

La simulación se realizo en el taller de neumática, se simularon los cilindros

en el panel tomando como motores a dos cilindros ubicados en el lado izquierdo de

la imagen en la parte de abajo.

Al momento que el vástago sale significaba que el motor está en marcha y simula

que las cintas se están moviendo.

Los demás cilindro cumplen la función de simular al cilindro sin vástago, el

cilindro vertical, cilindro de bloqueo y cilindro de empuje.

Se nota en la imagen que el cilindro de bloqueo parte abierto, esto es

porque primero cumple la función de ordenar los tarros al momento de su llegada y

después bloquear la pasada de los demás. Arriba se ve la respectiva ventosa con su

generador de vacio

3.7. CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROCESO

3.7.1. Definición del proceso

Este es un proceso diseñado con energía neumática, el cual me realiza el

trabajo automático de ordenar y tomar una cierta cantidad de tarros de conserva,

en este caso 6 tarros, para después trasladarlos e introducirlos dentro de una caja

de empaque, este proceso se repite dos veces de manera de introducir doce

unidades en la caja y de ahí finalizar el proceso para posteriormente pasar a otro

proceso anexo.

Page 68: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Este proceso consta de una estructura en forma de mesa, donde van

montados los componentes neumáticos seleccionados, de manera precisa para

cumplir con la función esperada.

3.7.2. Proyectos que complementan el proceso

En la automatización del proceso de embalaje, para complementar la

función de la máquina y para conseguir un óptimo trabajo, eficiente y sin problemas,

se integrara un sistema de control por control lógico programable (P.L.C)

Todos los procesos de producción experimentan una secuencia repetitiva

fija de operaciones que envuelve pasos y decisiones lógicas que se ejecutan en un

ambiente industrial. Un PLC es usado para controlar tiempo (temporizador) y

regular la secuencia.

Ventajas:

- Recoge datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y

analógicas.

- Almacena datos en la memoria.

- Genera ciclos de tiempo.

- Realiza cálculos matemáticos.

- Actúa sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas

digitales.

- Puede comunicarse con otros sistemas externos.

- Pueden ser programados para controlar cualquier tipo de máquina.

- Puede modificar las instrucciones almacenadas en memoria, además de

monitorizarlas.

- Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

- No es necesario dibujar el esquema de contactos.

- No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas ya que, por lo general, la

capacidad de almacenamiento del modulo de memoria es lo suficiente

grande como para almacenarlas.

- La lista de materiales a utilizar es más reducida.

- Se pueden hacer diversas secuencias sin modificar el cableado.

- Mínimo espacio de servicio.

- Menor costo de mano de obra de la instalación.

- Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad des

sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden e

indicar averías.

- Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar

reducido el tiempo de cableado.

- Si por alguna circunstancia la máquina queda fuera de servicio, el autómata

sigue en condiciones de controlar otra máquina o sistema de producción.

Page 69: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Desventajas:

- Se necesita de un especialista o programador en PLC, lo que exige la

preparación de los técnicos en su etapa de formación.

- La inversión inicial es mayor que en el caso de los relés (electro-

neumática).

3.7.3. Flexibilidad y rendimiento del proceso automatizado

Flexibilidad

La máquina proporciona una velocidad de trabajo regulable para cada

componente, mediante la implementación de un regulador de caudal en cada

conexión de salida y retroceso.

Rendimiento

En este caso el rendimiento se mide al momento de ya estar fabricado el

proceso, en la puesta en marcha en un determinado periodo de tiempo.

3.7.4. Recursos humanos utilizados para el proceso

Programa de trabajo

Este programa cuenta con personal capacitado encargado de velar por el

buen funcionamiento de la máquina, este consta de 1 encargado por turno, el

programa de trabajo tiene una duración de 16 horas por día, este se divide en dos

turnos de ocho horas por cada trabajador.

3.7.4.1. Programa de mantenimiento

El operario de turno encargado de la máquina debe cumplir con

conocimientos apropiados sobre neumática, para llevar a cabo el mantenimiento e

inspección correspondiente, según lo indique el plan de mantenimiento, cumpliendo

de manera efectiva los procedimientos de mantención y la fecha indicada.

3.7.5. Parámetros del proceso

El proceso embala un tarro estándar utilizado para la conservación de

diversidad de alimentos, como puede ser pescado, verduras, frutas etc. en la figura

3-31. Se observa un modelo de tarro a embalar, esta dimensión de tarro

estandarizada para muchos productos.

Page 70: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: archivo personal

Figura 3-31. Modelo de tarro estándar a embalar

Dimensiones tarro

- Altura: 112 mm

- Diámetro: 74 mm

- Peso: 425 gr

Material del tarro

- hojalata

Dimensiones de la caja

En el proceso las dimensiones de la caja de empaque son:

- Largo: 308 mm

- Ancho: 230 mm

- Alto: 116 mm

Page 71: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: archivo personal

Figura 3-32. Caja de empaque diseñada para el proceso

Dimensiones del proceso automatizado

- Largo: 1368 mm

- Ancho: 1470 mm

- Alto: 719 mm

Fuente: archivo personal

Figura 3-33. Dimensiones del proceso automatizado

Velocidad del proceso

La velocidad será regulable, gracias a la incorporación de reguladores de

caudal en cada uno de los componentes a utilizar en el proceso, estos irán ubicados

en la parte de salida y retroceso de cada actuador.

Esta característica es muy efectiva ya que nos permite la regulación de

cada componentes y poder adaptar la velocidad del proceso de embalado a al

proceso de producción de los tarros.

Page 72: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Dimensiones tambores y cinta transportadora

Rodillo n°1:

Cantidad 1 motriz y 1 conducido

nota: el rodillo conducido la distancia entre eje y cuerpo del rodillo es de 52

mm para ambos lados.

Diámetro del tambor: 65 mm

Diámetro del eje: 15 mm

Largo del cuerpo del rodillo: 470 mm

Largo total del eje: 594 mm

Distancia entre el eje y el cuerpo del rodillo de ambos lados: 52 mm y 72

mm.

Rodillo n°2:

Cantidad 1 motriz y 1 conducido.

nota: el rodillo conducido la distancia entre eje y cuerpo del rodillo es de 52

mm para ambos lados.

Diámetro del tambor: 65 mm.

Diámetro del eje: 15 mm.

Largo del cuerpo del rodillo: 145 mm.

Largo total del eje: 279 mm.

Distancia entre el eje y el cuerpo del rodillo de ambos lados: 52 mm y 72

mm.

Cinta chica de tarros n°1:

Largo: 2257 mm

Ancho: 145 mm

Espesor: 2.5

Cinta grande de la caja n°2:

Largo: 2707 mm

Ancho: 470 mm

Espesor: 2.5

Page 73: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

CAPÍTULO 4: PLAN DE MANTENIMIENTO

4. PLAN DE MANTENIMIENTO

Page 74: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

4.1. MANTENIMIENTO DE CILINDROS

La vida de los cilindros neumáticos queda determinada por los kilómetros

recorridos por el vástago en función de un determinado periodo de tiempo Por lo

tanto, en función de este parámetro se basa el programa de mantenimiento

preventivo.

Los períodos indicados en el siguiente programa son aplicables a cilindros

neumáticos correctamente montados y con suministro de aire limpio, seco y

lubricado. El montaje inadecuado o la mala calidad del aire pueden reducir

notablemente la vida útil de los cilindros, y en consecuencia, reducir los períodos de

mantenimiento requeridos.

Tabla 4-1. Tabla de frecuencia de las tareas del plan de mantenimiento

FRECUENCIA TAREAS NOTAS

Semanalmente. - Control general de fugas en

el propio cilindro y su

conexionado.

- Ajuste de alineación del

montaje.

- Regulación de

amortiguadores.

- Eliminar por ajuste todas

las posibles fugas.

- En caso de persistir,

programar el cambio de

repuesto correspondiente

a la brevedad posible.

- El montaje defectuoso de

los cilindros pueden

producir un deterioro

prematuro de estos.

- Asegurar que los

movimientos puedan

realizarse libremente sin

ocasionar esfuerzos

secundarios sobre el

mismo.

Cada 2 meses - Desarme parcial.

- Limpieza y control de

desgaste.

- Desarmar hasta separar

las partes esenciales

(tensores, tapas, tubo y

pistón con vástago), no

es necesario desarmar el

conjunto vástago –

pistón.

- Lavar las partes.

- Controlar el desgaste en

pistones de amortiguado,

buje guía, tubo, vástago y

Page 75: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

guarniciones.

- Efectuar las correcciones

del caso, a fin de eliminar

las causas del irregular

desgaste (básicamente,

lubricación o montaje

defectuoso).

- Recambiar componentes

en caso de ser necesario.

- Lubricar, armar y realizar

pruebas de

funcionamiento.

Cada 6 meses. - Desarme total.

- Limpieza y recambio

preventivo de cilindros.

- Encargar el remplazo al

servicio técnico del

fabricante, o consultar el

catalogo según las

especificaciones del

cilindro a remplazar.

Fuente: elaboración propia

4.2. PLAN DE DESMONTAJE Y MONTAJE DE COMPONENTES NEUMÁTICOS

4.2.1. Procedimiento de desmontaje Cilindros

1- Cortar suministro de aire, bloquear válvula de suministro de aire.

2- Eliminar energía residual (válvula de drenaje)

3- Desmontar base fija y base móvil del cilindro, afirmando previamente el

cilindro.

4- Desconectar línea de presión y preocuparse que el vástago del cilindro se

encuentre adentro, para posteriormente desmontar el cilindro.

5- Se retira el cilindro y se lleva a banco de reparación, el banco de reparación

debe disponer de una línea de alimentación de aire, sistema de sujeción

para realizar pruebas de funcionamiento.

4.2.2. Desarme de unidades:

La tarea de desarme debe realizarse en un banco, Todas las partes son

removibles con herramientas comunes de taller.

Cuando se utilice la mordaza de sujeción, ésta debe ser provista de cubre

mordazas de material blando a efectos de no dañar las partes del cilindro. Esta

Page 76: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

precaución debe acentuarse particularmente en el caso de sujeción de vástagos.

Bajo ningún concepto debe sujetarse al cilindro por el tubo, ya que una pequeña

deformación radial del mismo lo inutilizaría o alteraría luego el normal

funcionamiento. Es recomendable aflojar los tensores en forma cruzada. Cuando el

desarme de partes ofrezca una excesiva resistencia, se sugiere recurrir al servicio

técnico del fabricante.

4.2.3. Limpieza de partes:

El lavado de partes puede realizarse por inmersión en desengrasantes

neutros, completando con pincel o cepillo de limpieza, y soplado con aire a presión

limpio y seco. Es conveniente repetir la operación varias veces hasta obtener una

limpieza a fondo de las partes.

4.2.4. Recambio de partes

Es recomendable utilizar para el recambio los repuestos legítimos de los

fabricantes, y con las especificaciones correctas. Si el remplazo se realiza

erróneamente puede producir un mal funcionamiento del proceso.

4.2.5. Armado de unidades

Todas las partes deben estar perfectamente secas antes de iniciar el

armado. Es conveniente lubricar previamente las superficies deslizantes y las

guarniciones, utilizando grasa blanca neutra liviana (no fibrosa) o compuestos

comerciales siliconados livianos. Emplear los mismos cuando para el armado deban

retenerse guarniciones en posición. Pre ensamblar luego el conjunto completo e

iniciar su ajuste. Asegúrese el correcto posicionado de guarniciones, juntas de tapa

y tubo antes del ajuste final. Los tensores deben ajustarse en forma cruzada y

progresiva, acompañando con pequeños movimientos del vástago para asegurar un

mejor hermanado del conjunto. Todos los tensores deberán tener el mismo grado de

ajuste. Antes del ajuste final verifique la correcta alineación entre las tapas

delantera y trasera del actuador sobre una superficie plana.

4.3. MANTENIMIENTO DE VÁLVULAS

Las válvulas deben ser protegidas contra la suciedad del aire comprimido,

procedentes del mismo ambiente o de partículas oxidantes. Anteriormente se

explicó que la limpieza del aire comprimido era una función propiamente del filtro

de la unidad de mantenimiento, de no cumplir su función las partículas

contaminantes pueden producir fallos en las válvulas. Las fugas se detectan porque

Page 77: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

escapa aire continuamente por el orificio de purga y de los elementos conectados

tras la válvula.

Si existen fugas la válvula debe ser reemplaza de inmediato ya que el aire

comprimido es caro por lo que el cambio de válvula resultaría más económico.

Dentro de fallas por desgaste es natural que sea sustituida la válvula por deterioro

(termino de su vida útil).

4.4. MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE BANDAS TRANSPORTADORAS

Este mantenimiento pretende reducir las reparaciones imprevistas,

mediante rutinas de inspecciones periódicas y renovación de elementos dañados.

En el mantenimiento se deben considerar las siguientes partes:

- Guiado de bandas

- Limpieza de bandas

- Lubricación y engrase de partes móviles.

4.4.1. Guiado de bandas

Debido al diseño, las guías van soldadas en la mesa, las cuales son de un

gran espesor, por lo que no existirán muchos problemas de mantenimiento, por lo

que solo se recomienda realizar inspecciones cada cierto tiempo, donde se podrá

identificar si existe algún daño o deterioro de estas.

4.4.2. Limpieza de bandas

Este aspecto permite alargar la vida de las bandas, por lo que se debe

contar con un procedimiento de limpieza apropiado.

4.4.2.1. Procedimiento de limpieza

- Quitar a mano todos los residuos o basuras que se puedan encontrar.

- Pre lavar con agua a una presión mínima de 20 bar, y una temperatura de

a lo menos 55 °C.

- Limpiar con agente alcalino frio (por 15 minutos)

- Enjuagar con agua a una presión de 20 bar, y una temperatura de 55°C

- Por último desinfectar con agente amonio frio (por 10 minutos)

Page 78: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

4.4.3. Lubricación y engrase de partes móviles

Los soportes de rodamiento prisionero contienen un punto de engrase lo

cual hace más fácil la inyección de la grasa hacia el rodamiento, esta tarea de

engrase se realizara con una frecuencia de cada dos meses.

En el caso de que un rodamiento presente síntomas de algún tipo de falla

este debe ser medido por análisis de vibraciones y determinar si puede continuar en

funcionamiento. En el caso más desfavorable si el rodamiento está fallando se debe

concurrir a un cambio de este, programando la intervención fuera de horario de

trabajo, de manera que no influya a una pérdida de tiempo de producción.

Page 79: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

CAPÍTULO 5: COSTOS

Page 80: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

5. COSTOS

Para determinar el costo total de diseño se consideraran los costos de

materiales, componentes y fabricación.

5.1. COSTOS DE MATERIALES

5.1.1. Costos de las placas

Se cotizan planchas de acero de distintos espesores en aceros sack, las que

serán cortadas a medida para conseguir las placas que irán soldadas a la mesa

estas cumplirán su función de ser las bandas y bordes de la mesa, se determina el

peso del acero de estas placas para obtener el valor del material a utilizar, teniendo

una referencia de cuanto es el precio de las planchas de acero por kilo.

En la imagen se observa el peso teórico en kg/ m² de las planchas según el

espesor de cada una de estas.

Tabla 5-1. Tabla de peso teórico del acero por metro cuadrado según su

Espesor de planchas gruesas, se usaran espesores de 8,10 y 20 mm

Fuente: http://www.sack.cl/sitio2010/

Tabla 5-2. Tabla de peso teórico del acero en kg por metro cuadrado según su

espesor de rollos y planchas laminados en caliente

Page 81: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: http://www.sack.cl/sitio2010/

En la figura se puede apreciar el dibujo de la mesa con sus respectivas placas

soldadas, se identifican todas las placas de diferentes dimensiones por número.

Fuente: elaboración propia

Figura 5-1. Enumeración de placas soldadas sobre la plataforma diseñada.

Tabla 5-3. Tabla de costos de material (placas)

N° CANT. ÁREA m²EPSOR.

(mm)MATERIAL

PESO

Kg / m²

VALOR

$ / Kg

TOTAL

$

1 1 0.688 x 8 ASTM-A36 3.522 650 2289

Page 82: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

0.080 =

0.05504

2 1

0.315 X

0.080 =

0.0252

8 ASTM-A36 1.612 650 1048

3 1

0.160 X

0.060 =

0.0096

8 ASTM-A36 0.6144 600 367

4 1

0.930 X

0.080 =

0.0744

8 ASTM-A36 4.761 600 2857

5 1

0.930 X

0.080 =

0.0744

10 ASTM-A36 5.952 600 3571

6 2

0.075 X

0.080 =

0.006

10 ASTM-A36 0.48 600 576

7 1

0.646 X

0.080 =

0.05168

10 ASTM-A36 4.134 600 2480

8 1

0.257 X

0.080 =

0.02056

10 ASTM-A36 1.644 600 986

9 1

0.150 X

0.080 =

0.012

10 ASTM-A36 0.96 600 576

10 1

0.207 X

0.080 =

0.01656

10 A42-27ES 1.324 600 882

11 2

0.128 X

0.060 =

0.00768

8 A42-27ES 0.491 650 295

12 1

1.140 X

0.980 =

1.1172

20 ASTM-A36 178.752 600 107251

total 123178

En la figura se observa las placas de acero soldadas que se utilizan para

fijar los soportes de rodamiento, estas son enumeradas como se indica en la figura.

Los soportes 2,3 y 5 se componen por dos placas soldadas, pero en la tabla

de costos de indica como una sola pieza completa, pero con las dimensiones de las

placas.

Page 83: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: elaboración propia

Figura 5-2. Soportes rodamiento prisionero soldado

La n° 6 y n° 7 se trata de perfiles de acero.

Fuente: elaboración propia

Figura 5-3. Soportes rodamiento prisionero soldado y perfiles.

En la figura se observa otros soportes también compuestos por más de un aplaca

estos se indican en la tabla de costos (Tabla 5-4)

Fuente: elaboración propia

Figura 5-4. Soportes rodamiento prisionero soldado

Tabla 5-4. Tabla de costos de material (soportes)

N° CANT. ÁREA m² ESPESOR MATERIAL PESO VALOR TOTAL

Page 84: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Kg / m² $ / Kg $

1 10.1785 x 0.040

= 0.0071420 ASTM-A36 1.142 600 685

2 10.1585 x 0.037

= 0.0058620 ASTM-A36 0.9376 600 563

2 10.043 x 0.036

= 0.00154820 ASTM-A36 0.2476 600 149

3 20.042 X 0.123

= 0.00528620 ASTM-A36 0.8457 600 507

3 20.070 X 0.123

= 0.0086120 ASTM-A36 1.377 600 826

4 20.2332 X 0.040

= 0.0093220 ASTM-A36 1.491 600 895

5 1

0.0629 X

0.0889 =

0.0056

38 ASTM-A36 1.702 600 1021

5 10.233 X 0.0889

= 0.020720 ASTM-A36 3.312 600 1987

6 20.170 X 0.063

= 0.010720 ASTM-A36 1.712 600 7478

6 20.063 X 0.040

= 0.0025210 ASTM-A36 0.201 600 121

6 20.120 X 0.120

= 0.014410 ASTM-A36 1.12 600 672

total 14111

Fuente: elaboración propia

Fuente: elaboración propia

Tabla N° 5-5. Costo de perfiles

MATERIAL DESCRIPCIÓN CANT.LARGO

(m)

VALOR

UNITARIO

($)

VALOR

TOTAL

($)

ACERO

ESTRUCTURAL

PERFIL

RECTANGULAR

40 X 20 X 2.0

1 6 M 7.550 7.550

ACERO

ESTRUCTURAL

PERFIL CUADRADO

50 X 50 X 3.01 6 M 19.383 19.383

ACERO

ESTRUCTURAL

PERFIL CUADRADO

40 X 40 X 3.01 6 M 10.390 10.390

COSTO

TOTAL ($)37.323

Fuente: elaboración propia

Page 85: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

5.2. COSTOS DE SOLDADURA

Otros costos que entran en los de fabricación es el de soldadura, se cotiza con un

soldador el precio total de soldadura, para las placas, soportes, patas y perfiles.

Se debe calcular costo de los electrodos, costo de mano de obra y costo de gasto

eléctrico.

Tabla 5-6. Tabla factor de operación

Fuente: manual induras.

Page 86: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Tabla 5-7. Tabla eficiencia de aportación

Fuente: manual induras.

Se debe calcular el costo de soladura total que se necesita para la

construcción de la mesa con sus respectivas bandas, se arrienda una máquina

soldadora a $40.000 por día, Se cotiza el valor que cobra un soldador en ($/hrs),

este valor es de 4.500/hrs, Se cotiza el valor de los electrodos E6011 en la tienda

easy, este valor es de $3.180 /kg. Se estima un rendimiento del soldador de 1,5

ml/hrs, se tomara una eficiencia de deposición del 60% según lo indica la tabla de

induras para electrodo manual. Se tiene un efecto de eficiencia manual de 20%, un

factor de potencia de 0,85. Se trabajara a 140 amperes con un voltaje de 380 volts.

5.2.1. Costo de electrodos

Se debe calcular el costo de electrodos, se toma como referencia la

siguiente fórmula que se indica en el manual de soldadura induras.

Se debe calcular el metro lineal de soldadura de toda la plataforma este de

divide en dos espesores ya que se suelda en placas de espesor de 10 mm y 20 mm,

para el espesor de 10 mm se obtienen 1.480 m que es parte de las bandas que

cumplen la función de tope guía que van soldadas a las placas, para el espesor de

20 mm se obtienen 11.744 m que es parte de las placas que van soldadas en la

mesa.

El valor del pmd (peso metal depositado) se obtiene de la siguiente tabla,

se deben calcular para los dos espesores, estos son 10 mm y 20 mm, en la tabla no

están precisamente estos espesores por lo que se tiene que interpolar para obtener

un valor promedio que correspondería al del espesor utilizado, el valor se obtiene en

la primera unión de soldadura que es la que utilizaremos en el diseño.

Tabla 5-8. Tabla eficiencia de aportación

Page 87: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Fuente: manual induras.

Por tabla se toma el valor de pmd más cercano al espesor de 10 mm, el

cual es el de 9,5 con un valor de pmd de 0,396.

Por tabla se toma el valor de pmd más cercano al espesor de 20 mm, el

cual es el de 19 con un valor de pmd de 1,592.

Formulas:

De la siguiente ecuación se determina el costo de electrodos a utilizar:

Donde:

: peso material depositado en [kg/ml]

: valor del electrodo en [$/kg]

: eficiencia de deposición en [%]

: costo de electrodos en [$/ml]

Se calcula el costo de electrodos para espesor de 10 mm:

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene:

Page 88: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Se multiplica el resultado obtenido de la formula por los metros lineales que

se desean soldar obteniendo así el costo de los electrodos a utilizar.

Se calcula el costo de electrodos para espesor de 20 mm:

Se multiplica el resultado obtenido de la formula por los metros lineales que

se desean soldar obteniendo así el costo de los electrodos a utilizar.

Costo total electrodos = (2099($) + 99,096($)) = 111195 $

5.2.2. Costo mano de obra

Se calcula el costo de mano de obra, se considera el valor que cobra el

soldador por hora de trabajo de 4500 / hrs, el rendimiento del soldador de 1.5 m/hrs

(velocidad) y el factor de operación del 20%.

Formulas:

Con esta ecuación se determina el costo mano de obra.

Donde:

: Costo mano de obra en [$]

: Costo soldador [$/hr]

: Tiempo de trabajo en [hr]

Con esta ecuación se determina el tiempo de trabajo.

Page 89: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Donde:

: Distancia en [ml]

: Velocidad del soldador [ml/hr]

: Tiempo de trabajo en [hr]

Costo espesor 10 mm:

Tiempo de trabajo:

Al reemplazar los valores en la ecuación se obtiene:

El valor obtenido se multiplica por el factor de operación de 20%, el cual se

define como la relación entre el tiempo en el cual ha existido arco y el tiempo real o

total pagado.

Mano de obra:

Costo espesor de 20 mm:

Tiempo de trabajo:

El valor obtenido se multiplica por el factor de operación de 20%, el cual se

define como la relación entre el tiempo en el cual ha existido arco y el tiempo real o

total pagado.

Mano de obra:

Page 90: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Costo total mano de obra = (5328 + 42.273) = 47601 $

5.2.3. Costo energía eléctrica consumida por la máquina

Se tiene una máquina que trabajara a 140 amperes con un voltaje de 350

Volts, el factor de potencia es de 85 %, se sabe que el costo de la energía eléctrica

hoy en día es de $ 102 kW/hr.

El tiempo en horas se tomara todas las horas de trabajo por lo que se

sumaran las horas de soldadura de los dos espesores, por lo que queda:

Costo consumo energía eléctrica de la máquina:

Costo total consumo energía eléctrica = $39.644

Tabla 5-9. Costo total de soldadura

COSTOS DE SOLDADURA

VALOR $

COSTO DE ELECTRODOS

110.122

COSTO MANO DE OBRA 41.994COSTOS ENERGIA

ELECTRICA39.644

COSTO ARRIENDO DE MÁQUINA

40.000

COSTO TOTAL 193.960Fuente: elaboración propia

Page 91: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

5.2.4. Costos de componentes neumáticos

Los elementos neumáticos son cotizados en FESTO, ubicado en Américo

Vespucio Nº 760 Pedazuelo-Santiago.

Tabla 5-10. Costo de componentes neumáticos

COMPONENTE DESIGNACIÓN CANT.VALOR

UNITARIO $

TOTAL $

VÁLVULA 5/2 MEH-5/2-1/8-B 7 60.784 425.488CILINDRO SIN

VÁSTAGODGP_18_570_PPV_A_B 1 256.846 256.846

CILINDRO DOBLE EFECTO

ADN_12_170_A_P_A 1 45.078 45.078

CILINDRO GUIADO

DFM_20_160_B_P_A_GF 1 235.234 235.234

CILINDRO GUIADO

DFM_12_160_B_P_A_GF 1 181.685 181.685

GENERADOR DE VACIO

VN-05_L_T2_PI2_VI2_RI2 1 16.552 16.552

VENTOSA VAS_55_1_4_NBR 6 5.423 32.538UNIDAD DE

MOTORMTR-DCI-62S-VDSC-EG7-

R2102 354.687 354.687

SILENCIADOR UC-QS-4H 7 3.425 23.975SENSOR DE PROXIMIDAD

PR18-8DP 3 48.038 144.114

DETECTOR MAGNÉTICO

SME-8-K-24-S6 8 22.926 183.408

MANGUERA NEUMÁTICA

u-4025 20 m 543 10.460

REGULADOR DE CAUDAL

GRLA-1/8-QS-4-D 12 11.011 132.132

VÁLVULA 2/2 MC-2-1/8 1 22.566 22566UNIDAD DE

MOTORMTR-DCI-52S-VCSC-EG7-

R2101 335.657 335.657

SUB TOTAL 2.400.420

Page 92: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

$IVA 19% 456.080

TOTAL $ 2.856.500

Fuente: elaboración propia

Page 93: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

5.2.5. Costos componente mecánicos

Tabla 5-11. Costo de componentes mecánicos

COMPONENTE DESIGNACIÓN CANT.VALOR

UNITARIO TOTAL $

SOPORTE RODAMIENTO SY-12-TF 8 30.472 243.776TAMBOR MOTRIZ

GRANDE EN MEDIDAS 1 120.000 120.000

TAMBOR MOTRIZ CHICO EN MEDIDAS 1 75.000 75.000TAMBOR CONDUCIDO

GRANDE EN MEDIDAS 1 116.400 116.400TAMBOR CONDUCIDO

CHICO EN MEDIDAS 1 71.500 71.500CINTA

TRANSPORTADORA GRANDE EN MEDIDAS 1 25.200 25.200

CINTA TRANSPORTADORA

CHICA EN MEDIDAS 1 15.670 15.670

SUB TOTAL $ 667.546

IVA 19% 126.833

COSTO TOTAL $ 749.379

Fuente: elaboración propia

5.3. Costo total de la automatización

Tabla 5-12. Costo total de la automatización

COSTO TOTAL AUTOMATIZACIÓN TOTAL $

COSTO COMPONENTES. MECANICOS 749.379

COSTO DE SOLDADURA 193.960

COSTO COMPONENTES NEUMATICOS 2.856.500

COSTOS PERFILES 37.323

COSTOS PLACAS DE ACERO 123.178

COSTOS SOPORTES DE ACERO 14.111

TOTAL $ 3.974.251Fuente: elaboración propia

CONCLUSIÓNES

Page 94: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

En este trabajo de titulo se logra entender hacia dónde quiere llegar la

automatización, su aporte he importancia fundamental en la realización de mejoras

de equipos, procesos y maquinarias en cualquier faena de la industria, y no solo se

enfoca en hacer automático un proceso si no que aporta enormemente con la

seguridad de los trabajadores en trabajos de alto riesgo, trabajos continuos, o

trabajos ubicados en algún espacio confinado etc.

De las tareas que se realizaron en la automatización que para mi criterio

son importantes fueron en primera instancia la búsqueda deficiencias en las

distintas formas de realizar los trabajos de embalado, buscar alternativas de

soluciones que no tengan limitaciones al momento de automatizar, la cual otorgue

más ventajas que desventajas frente al diseño. Hay que tener en cuenta que ningún

proceso o maquinaria que haya sido diseñado y fabricado es completamente

eficiente al 100 %. Cabe destacar que para mejorar un proceso mediante alguna

automatización se debe pasar varios obstáculos, uno de estos son las variables que

afectan la realización del diseño, como por ejemplo el tipo de soluciones, las cuales

deben estudiarse para verificar que alternativa de solución es más completa para el

diseño, otra variable es el tipo de diseño, material, parámetros y finalmente los

costos del diseño.

Ya finalizado este trabajo de título puedo afirmar que los objetivos

propuestos en este trabajo de titulo fueron cumplidos satisfactoriamente, quedando

conforme con el trabajo realizado, siempre tratando de hacer lo mejor posible,

minimizando las tareas que parecían ser muy complejas.

Se paso por varias etapas las cuales cada una otorgo conocimientos claves

acerca de lo que significa la neumática, y su participación exclusiva en los trabajos

de automatización de equipos y contribuyendo de manera importante en las

innovaciones tecnológicas que se implementan hoy en la industria.

En fin se debe tener la seguridad, los conocimientos y el profesionalismo adecuado

para tomar decisiones correctas al momento de evaluar, analizar, y solucionar

problemas, buscar soluciones concretas con alto grado de eficiencia para

complementar un proceso, automatizarlo, establecer mejoras continuas, cambios

temporales etc.

Finalmente en la realización de este trabajo de titulo se adquirió una gran

experiencia y conocimientos los cuales ayudaran a complementar las competencias

en la mecánica industrial.

Page 95: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

BIBLIOGRAFÍA

- Festo, Catálogos y Cotizaciones, Especificaciones técnicas [en línea]. Disponible

en http://www.festo.com/cl

- Easy S.A., Cotizaciones, Especificaciones técnicas [en línea]. Disponible en

http://www.easy.cl

- Aceros Sack S.A., Cotizaciones, Especificaciones técnicas [en línea]. Disponible

en <http://www.sack.cl>

- skf., Cotizaciones, Especificaciones técnicas [en línea]. Disponible en

<http://www.skf.cl>

- sistema de materiales y soldadura, manual de soldadura indura, marzo 2007,

Induras S.A Av. Las Américas 585, Cerrillos, Chile. <http://www.indura.net>

- Tecnum, laboratorio de neumática y olehidráulica.

Page 96: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

ANEXOS

Cotizaciones vía internet en la tienda Easy, perfiles de acero.

Page 97: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Cotización vía internet en tienda easy, electrodos E6011.

Características del soporte de rodamiento prisionero SY-12-TF.

Page 98: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Cotización en aceros sack, planchas de acero, Quilpué.

Page 99: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Cotización en skf, soporte de rodamiento prisionero. Américo Vespucio 1391 local 11

Page 100: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros

Cotización de componentes neumático, en festo.

Page 101: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros
Page 102: Diseño maquina para el almacenamiento de tarros