Proceso de Empaquetado de Chicles

20 de julio de 2012 [AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL MECATRÓNICA]

Manual para el empaquetado de chicles 1

TEMA:

PROCESO DE EMPAQUETADO DE GOMA DE MASCAR TIPO BOLA MARCA AGOGO

FILIACIÓN DE LOAS AUTORES:

EDWIN CAICEDO ([email protected])

ANDREA CÓRDOVA ([email protected])

PABLO REGALADO ([email protected])

CHRISTIAN SOCASI ([email protected])

RESUMEN

Se ha diseñado, analizado y simulado las pruebas necesarias de un equipo automático para el empaquetado

de goma de mascar tipo bola. En base a una metodología de diseño se logra elegir la alternativa más viable

para el diseño y construcción del equipo automático, considerando para esto los requerimientos tanto

tecnológicos, económicos e higiénicos.

Otro aspecto a tomar muy en cuenta en el presente trabajo la utilización de software, ya que permite

optimizar tiempo, dinero y espacio. El equipo es totalmente desmontable lo que facilita el proceso de

mantenimiento y transporte, además en su estructura se ubican los elementos constitutivos de los diferentes

sistemas.

El suministro del producto consta de una alimentación mediante bandas y un conjunto de mecanismos que

permiten el empaquetado de goma de mascar tipo bola en fundas de cinco unidades. El sistema de

conformado por medio de alas de moldeo realiza los dobleces en el plástico para la obtención del empaque

requerido.

El mecanismo del sistema de sellado vertical es accionado por un cilindro neumático el mismo que

proporciona una presión establecida la cual permite la termosoldabilidad de las dos caras del plástico.

En el sistema de arrastre del plástico, el movimiento de los rodillos es accionado mediante dos motores

eléctricos los cuales están acoplados directamente a los rodillos de transmisión. En el sistema de sellado y

corte horizontal los elementos móviles se desplazan a través de los ejes guías los cuales son accionados por

un cilindro neumático, produciendo de esta manera el sellado y corte deseado.

El control automático de cada uno de los procesos antes mencionados se realiza mediante un PLC.

Una vez diseñado el sistema se realizo un estudio económico determinando los costos y la tasa de

producción del sistema.

Palabras Claves: Empaquetado, Goma de Mascar, Sellado Térmico, Mecanismo, Conformado, PLC, Tasa

de producción.



INTRODUCCIÓN

El chicle se define como una base de goma de mascar (polímero sintético masticable) [1], la cual sufre

diversos cambios hasta obtener una estructura gomosa de sabor agradable.

Para la elaboración del producto se utiliza un conjunto de elementos o ingredientes que permiten obtener

un resultado final de alta aceptación y cumpliendo con lo requerimientos establecidos por las autoridades

pertinentes, entre los cuales están:

Componentes

Sustancias sintéticas masticables

Plastificantes

Suavizantes / Emulsificantes

Coadyuvantes insoluble en agua

Antioxidantes

Glucosa

Sacarosa

Almidón

Esencias

Colorantes

La base o polímero sintético en estado sólido sufre varios cambios durante la elaboración de goma de

mascar debido a las etapas de proceso que siguen.

Dichas etapas son: el fundido de la base, mezclado o incorporación con los demás ingredientes donde se

forma la goma, laminación y marcado para obtener esferas de goma de dimensiones específicas, y

finalmente el recubierto con jarabes de azúcar para posteriormente ser empacadas y distribuidas Fig. 1.

Fig. 1 (Diagrama de flujo del proceso de producción del chicle)

Durante el proceso los ingredientes debe seguir ciertas condiciones de tiempo y temperatura para obtener

una mezcla homogénea, la mezcla obtenida es denominada cocido o goma.



La base debe mantenerse en estado gomoso para poder ser mezclada con los demás ingredientes, esto

quiere decir que debe mantenerse alrededor de su punto de flexibilidad o ablandamiento.

Banda Trasportadora

Una cinta transportadora o banda transportadora es un aparato para el transporte de objetos formado por

dos poleas que mueven una cinta transportadora continua. Las poleas son movidas por motores, haciendo

girar la cinta transportadora y asi lograr transportar el material depositado en la misma.

Las cintas o bandas transportadoras se usan extensivamente para transportar materiales agrícolas e

industriales, tales como grano, carbón, menas, etcétera, a menudo para cargar o descargar buques cargueros

o camiones. Para transportar material por terreno inclinado se usan unas secciones llamadas cintas

transportadoras elevadoras. Existe una amplia variedad de cintas transportadoras, que difieren en su modo

de funcionamiento, medio y dirección de transporte, incluyendo transportadores de tornillo, los sistemas de

suelo móvil, que usan planchas oscilantes para mover la carga, y transportadores de rodillos, que usan una

serie de rodillos móviles para transportar cajas o palés.

Las cintas o bandas transportadoras se usan como componentes en la distribución y almacenaje

automatizados. Combinados con equipos informatizados de manejo de palés, permiten una distribución

minorista, mayorista y manufacturera más eficiente, permitiendo ahorrar mano de obra y transportar

rápidamente grandes volúmenes en los procesos, lo que ahorra costes a las empresas que envía o reciben

grandes cantidades, reduciendo además el espacio de almacenaje necesario todo esto gracias a las bandas

transportadoras.

Esta misma tecnología de bandas transportadoras se usa en dispositivos de transporte de personas tales

como cintas transportadoras y en muchas cadenas de montaje industriales. Las tiendas suelen contar con

cintas transportadoras en las cajas para desplazar los artículos.

Fig. 2 (Banda Trasportadora)

Empaquetado

Tecnología para guardar, proteger y preservar los productos durante su distribución, almacenaje y

manipulación, a la vez que sirve como identificación y promoción del producto e información para su uso.

El empaquetado debe mantener las condiciones de su contenido. En el caso de los alimentos, ha de

extraerse el aire para evitar que su deterioro los haga no aptos para el consumo hasta la fecha de caducidad

marcada en el envase. Este último tiene que prevenir el derrame de su contenido, en especial en el caso de

productos químicos venenosos o corrosivos. También debe identificar su contenido y composición con



etiquetas y dibujos explicativos, incluyendo instrucciones de uso y advertencias sobre su peligrosidad

cuando sea preciso. Esto último es esencial en el caso de fármacos y productos químicos, ya sean de uso

doméstico o industrial.

El empaquetado suele ser parte de la planificación de un sistema global de distribución. Así, el tamaño del

envase exterior debe tener un diseño específico para optimizar el espacio en los pallets y contenedores. Los

envases también han de cumplir la función de disuadir a ciertas personas, como los clientes que intenten

probar el producto. Para averiguar si el producto ha sido abierto antes se emplean lengüetas de cierre, tiras

alrededor de los tapones y `topes' en la cubierta de las latas que saltan al romperse el vacío.

Empaquetado con el tema del plástico

Una de las aplicaciones principales del plástico es el empaquetado. Se comercializa una buena cantidad de

polietileno de baja densidad en forma de rollos de plástico transparente para envoltorios. El polietileno de

alta densidad se usa para películas plásticas más gruesas, como la que se emplea en las bolsas de basura. Se

utilizan también en el empaquetado: el polipropileno, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC) [2] y el

policloruro de vinilideno. Este último se usa en aplicaciones que requieren estanqueidad, ya que no permite

el paso de gases (por ejemplo, el oxígeno) hacia dentro o hacia fuera del paquete. De la misma forma, el

polipropileno es una buena barrera contra el vapor de agua; tiene aplicaciones domésticas y se emplea en

forma de fibra para fabricar alfombras y sogas.

El empaquetado relacionado con los alimentos

La tecnología alimentaria es también consciente del papel crucial que desempeña el empaquetado de los

productos. Los sistemas modernos no sólo ofrecen un recipiente cómodo y atractivo, sino que, en caso de

estar adecuadamente sellado y en el supuesto de que esté fabricado con los materiales apropiados, actúa

como barrera para, por ejemplo, conservar la leche fresca de alta calidad y larga duración durante varios

meses, mantener el pan libre de mohos durante semanas o mantener el color rojo brillante de la carne de

vacuno durante muchos días.

Máquinas selladoras

Tipos de selladoras industriales

Existen diversos tipos de selladoras con varias aplicaciones, entre los que se encuentran: Selladoras de

pedal Selladoras de mordaza Selladoras continúas Selladoras con codificación o fechadoras prácticas y

económicas.

Pero como podemos conocer el principio es el mismo se basa en calentar una resistencia y pegar los dos

extremos en el medio las fundas a utilizar por lo que veremos las características de los diferentes tipos:

Selladoras de Pedal

La selladora de pedal tiene un control de tiempo de sellado para proteger el material y asegurar un correcto

sellado. Cuentan con un pedestal para un mejor manejo del producto, así como un sistema de cierre de las

resistencias de sellado a través de un pedal.

Las selladoras manuales de pedal, tienen un ancho de sellado grueso y más rudo, y el tiempo de sellado es

muy rápido, 2 segundos aproximadamente. Estos equipos son selladores de mayor capacidad por su motor,

pueden trabajar continuamente, también poseen sus protectores de teflón para un terminado ideal. Cuentan

con resistencias de sellado a través de un pedal.



Selladoras Continuas

Este tipo de selladoras tienen la función de banda infinita de cargado y sellado, transporta, sella e imprime

(en tinta dependiendo del modelo) en una sola operación. La impresión es de lote, y fecha, con sello en

calor; o en el caso de la selladora con impresor, en tinta. Estas máquinas están diseñadas con controles de

temperatura y de velocidad de transportación para asegurar una producción y calidad constante, ya sea por

un sellado horizontal, vertical (para líquidos, etc.), y/o con stand. Es de gran utilidad para productos largos,

y producciones grandes aquí encontramos dos tipos de selladoras continuas

Selladoras Continuas Verticales

Selladoras Continuas Horizontales

Selladoras Continuas Verticales

Esta es una selladora continua semiautomática vertical, trabaja de manera vertical para un mejor manejo de

materiales sólidos y líquidos. El colocado de la bolsa es lateral a una banda de sellado en continuo

movimiento, tiene controles de temperatura, de presión (por la fijación del sello y el peso de arrastre de la

bolsa a través de la banda transportadora) y de velocidad de la banda transportadora. La máquina también

cuenta con un impresor de 12 dígitos alfanuméricos para imprimir un código sobre el sello. La altura

máxima de la bolsa es de 60 cm.

Selladoras Continuas Horizontales

Esta es una selladora continua semiautomática, el colocado de la bolsa es lateral a una banda de sellado en

continuo movimiento, tiene controles de temperatura, de presión (por la fijación del sello y el peso de

arrastre de la bolsa a través de la banda transportadora) y de velocidad de la banda transportadora.

Material para el envase.

El envasado preserva la calidad del producto y los protege de los daños que pudieran producirse durante el

almacenamiento, el transporte y la distribución. La protección ejercida puede ser de tres tipos: Química. El

envasado puede impedir el paso del vapor de agua, del oxígeno y de otros gases, o actuar de forma

selectiva, permitiendo sólo el pasó de algunos de los gases. Física. El envasado puede proteger del polvo y

la suciedad, de las pérdidas de peso y de los daños mecánicos. Biológica. El envasado puede impedir el

acceso al alimento de microorganismos e insectos, afectar el modo o velocidad de la alteración, o la

supervivencia y crecimiento de los gérmenes patógenos que pudiera haber en el producto.

Los envases pueden ser rígidos (latas, papel, cartón, vidrio, plástico) o flexibles (plásticos, yute, hoja de

aluminio), los plásticos son cada vez más utilizados. Mediante diversas combinaciones de materiales y

técnicas de procesado, es posible producir envases con cualquiera de las propiedades funcionales que se

consideren deseables.

Como se observo anteriormente el envase se confecciona en moldes o a partir de películas plásticas. Estas

películas plásticas se las adquiere en el mercado generalmente con el nombre de films. Los más utilizados

para el envasado de productos son los de polietileno y polipropileno. En este caso se utilizara polipropileno

biorientado [3].

Polipropileno

El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico de baja densidad, rigidez elevada, resistente a los rayos

X, muy poco permeable al agua, resistente a las temperaturas elevadas (<135 °C) y a los golpes,



parcialmente cristalino. Se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de

las poliolefinas [4] y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para

alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran

resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.

REVISIÓN DE LITERATURA

Para el presente proyecto se ha basado en varias fuentes literarias de orden técnico que han permitido el

mejor entendimiento y selección de las herramientas utilizadas para desarrollo de la misma.

Además la consulta se ha realizado en documentos físicos así como también digitales que también ha

permitido realizar un documento con un alto criterio de investigación y profesionalización. A continuación

se describe los diferentes tipos de documentos revisados.

Libros (físicos y digitales)

Tesis afines

Artículos

En bibliotecas virtuales

En direcciones electrónicas

HIPÓTESIS Y MÉTODOS.

La tecnología avanza con paso firme en todos los campos y procesos de envasados de productos no es

menos. Se ha revolucionado el mercado cuando se empezó a usar los envases plásticos. Todo ello hizo que

muchos fabricantes pudieran bajar el costo de sus productos haciéndolos así más competitivos.

Los equipos para sellado térmico o enfundado de productos son diseñados para el embasamiento de

productos con gran aplicación principalmente en la industria de la alimentación. Dichos equipos se

encargan de realizar un proceso de confeccionado del recipiente, llenado y cierre, obteniéndose un

producto higiénicamente terminado.

Los equipos para el sellado térmico de líquidos se pueden clasificar:



Alternativas para el moldeo de los embases

Mediante alas de moldeo

Consiste en un sistema que al desplazarse el plástico las alas de moldeo van acoplándolo de manera que

quede lista para ser sellado térmicamente tanto verticalmente como horizontalmente, obteniéndose de esta

forma el envase donde se envasará el producto.

Las alas de moldeo pueden ser de doble ala la que posee el sellado vertical en la parte central o de un ala la

que realiza el sellado vertical en uno de los lados.

Tanto las alas de moldeo de una ala o doble ala están compuestas por los mismos elementos y tienen el

mismo principio de funcionamiento.

Fig. 3 (Conformado Mediante alas de Conformado)

Mediante anillo de moldeo

Consiste en hacer pasar el material por un anillo, este método se utiliza principalmente para materiales que

no pueden ser deformados con facilidad como es el caso del cartón para posteriormente obtener un embace

tipo Tetrebrick o Tetrapack.



Fig. 4 (Conformado Mediante Anillo de Moldeo)

Alternativas de alimentación del material

El sistema de arrastre será el encargado de desplazar el material con el cual se formaran bolsas de plástico.

Pueden existir varias alternativas para la alimentación del material entre las cuales se tiene:

Por medio de rodillos de arrastre

El sistema consiste en cuatro rodillos agrupados en parejas de dos, los cuales al rotar por medio de fricción

con el material efectúan el desplazamiento vertical del plástico. El inconveniente con este sistema es que se

debe tener un adecuado control, en la rotación de los rodillos de arrastre para que de esta forma los tamaños

de los envases plásticos sean los mismos.

Fig. 5 (Rodillos de Arrastre)

Por medio de mordazas y cilindro de avance

En este sistema el cilindro de desplazamiento horizontal realiza el agarre del material y un cilindro de

avance vertical realiza el desplazamiento del plástico verticalmente, en este sistema se tendrá un mayor

control y precisión en el desplazamiento del material, sin embargo el tiempo empleado para el avance será

mayor que en el caso de los rodillos además que aumenta costos y consumo de energía con los dos

cilindros neumáticos.



Fig. 6 (Mordaza y Cilindro de Avance)

Materiales adecuados para el envase y preservación

MATERIAL RANGO DE TEMPERATURA PARA

CORTE Y SELLADO (ºC)

Polimetalcrilato 100 – 150

Polietileno lineal 120 – 160

Polietileno de alta densidad 80 – 120

Polietileno ramificado 130 – 180

Polivinilo 90 – 120

Polipropileno metalizado 92 – 135

Tabla 1: MATERIALES USADOS EN EL EMBASADO.

Como se observa la mayoría de materiales tienen parámetros muy similares de temperaturas, estos valores

de temperatura pueden variar debido al aumento o disminución de la presión de sellado. En nuestro caso se

ha seleccionado el Polipropileno Metalizado por prestar mejores características para el proceso.

Selección del tipo de equipo

Metodología del diseño

Como base para poder determinar el diseño de nuestra maquina se han planteado las siguientes exigencias

y se han añadido algunas características para un mejor funcionamiento y comodidad. Estas exigencias y

características son presentadas a continuación.

FUNCIONES

El equipo debe sellar fundas de 5 unidades de goma de mascar tipo bola E

El equipo debe sellar máximo 4000 u/h E

El equipo debe contar con un dosificador por colores de goma de mascar E

El sellado térmico se realizara por niquelinas caloríficas E

ENERGÍA

La energía para realizar el proceso de sellado, corte, y dosificado será suministrada por un

compresor (aire) E

La energía para realizar el proceso de arrastre será suministrada por un motor E

Minimizar pérdidas por fricción C



Tabla 2: Lista de características (C) y Exigencias (E)

Estructura de funciones

Entradas Salidas

Materia prima

Mano de obra caja de chicle con 24 tacos de 5

Energía

Fig. 7(Estructura de Funciones)

SEGURIDAD

El equipo irá acompañado de las correspondientes instrucciones de montaje uso y

mantenimiento, así como de las medidas preventivas de accidentes E

El equipo tendrá un nivel de seguridad suficiente a fin de preservar a las personas y a los

bienes de los riesgos derivados de instalación, funcionamiento, mantenimiento y reparación C

Evitar el ingreso de elementos perjudiciales a los sistemas E

ERGONOMIA

El acceso a los distintos elementos del equipo deberá ser cómodo para las operaciones de

mantenimiento, montaje y desmontaje C

No debe existir contaminación tanto en el producto como en el ambiente C

La posición del tablero de control debe de ser de fácil acceso C

FABRICACION

El equipo debe ser de fácil ensamblaje y anclaje E

Los elementos que formen parte del equipo deben ser de fácil manufactura y de forma sencilla C

Los materiales utilizados beben existir en el mercado E

Los elementos del equipo deben resistir esfuerzos a los que están sometidos E

La transmisión de fuerzas se realizara por medio de sistemas mecánicos y neumáticos E

El equipo debe tener buena estabilidad y rigidez E

SEÑALES

El equipo deberá tener señales visibles que indiquen que el equipo está en funcionamiento C

El equipo deberá tener etiquetas de advertencias para evitar accidentes E

CONTROL

Evitar que los niveles de ruido en el equipo sean elevados C

Verificar la calidad de los materiales empleados para la fabricación del equipo E

FUNCIONAMIENTO

Preservar la seguridad del operador E

El funcionamiento del equipo será posible solo si existen las garantías necesarias de seguridad E

MANTENIMIENTO

Los elementos que están en fricción deben ser fáciles de lubricar E

Los elementos de recambio deben existir en el mercado nacional E

Para lograr un buen mantenimiento los elementos y sistemas del equipo deben ser de fácil

acceso E

PROCESOS

Transporte

Control de calidad

Sellado lateral

Pre-empaque (fundas)

Sellado y corte horizontal

Cierre de caja



Entradas Salidas

Materia

Ingreso de materia

prima:

- Plástico (conformado

del envase)

- Líquido a embasarse

Producto en las diferentes

presentaciones

requeridas

Energía

Proporcionado al

equipo:

- Compresor (elementos

neumáticos)

- Motor eléctrico

(arrastre)

Ruido, vibraciones, calor

Señales

Inicio del

funcionamiento del

equipo

Indica que el equipo está en

funcionamiento

Tabla 3: Estructura de Funciones

Los procesos técnicos necesarios será la preparación de la goma de mascar a empaquetar, ejecución del

equipo, que cumpla con las características y exigencias planteadas, hasta la culminación del proceso para

finalmente verificar la calidad del producto a obtenerse.



Determinación de prototipos

Inicio

Prototipo 2

Colocación dela

bobina de plastico

Alimentación de la

gomas de mascar

tipo bola por color

Accionamiento de

las bandas de

alimentación

Arrastre de plástico

mediante mordazas

y cilindros de

avance.

Accionamiento de

rodillos térmicos

para el sellado

vertical

Accionamiento de

cilindro neumático

para el corte

Recolección del

producto

termiando

Fin Prototipo 2

Una vez determinados los posibles procesos de empaquetado de la goma de mascar se procede a realizar

una matriz morfológica para determinar el camino más conveniente.

Inicio

Prototipo 1

Colocación dela

bobina de plastico

Alimentación de la

gomas de mascar

tipo bola por color

Accionamiento de

las bandas de

alimentación

Accionamiento de

rodillos de arrastre

del plastico

Accionamiento de

rodillos térmicos

para el sellado

vertical

Accionamiento de

cilindro neumático

para el corte

Recolección del

producto

termiando

Fin Prototipo 1



1 Alimentación de Plástico

Colocación del plástico en el porta bobina Manual Automático

2 Sistema de Dosificación

Bandas Trasportadoras Banda

3 Sistema de sellado vertical

Elemento de sellado térmico Niquelina

4 Sistema de sellado y corte horizontal

Elemento de sellado térmico Niquelina

Mecanismo de sellado horizontal Cilindro Neumático

5 Sistema de arrastre de plástico

Arrastre de plástico Neumático Mecánico

6 Sistema de moldeo de plástico

Conformado del plástico Alas de Moldeo

Tabla 4: Matriz Morfológica

Prototipo 1:

En este prototipo la goma de mascar de cada color es dosificada mediante un banda trasportadora, esta cae

por el cuello conformado hasta el empaque plástico el cual previamente ha sido sellado por los rodillos de

sellado vertical y pistones de sellado horizontal y el sistema de arrastre neumático.

Prototipo 2:

En este prototipo la goma de mascar de cada color es dosificada [5] mediante una banda trasportadora, esta

cae por el cuello conformado hasta el empaque plástico el cual es desplazado verticalmente mediante un

sistema de rodillos de arrastre el cual es sellado de forma vertical por el elemento de sellado térmico y por

un pistón en el sellado horizontal.

Selección del prototipo más adecuado

CARACTERÍSTICAS OBSERVACIONES

Equipo

automático

De accionamiento

electro-neumático, de

control electrónico y

arrastre por rodillos

Es la opción más adecuada

Modelo Estructura y tubería

vertical Presta mayor facilidad de diseño

Tipo de

dosificador Isobárico [6] Eficiente para el sellado térmico

Método de

moldeo de los

envases

Tubo conformador Presenta facilidad de transporte y seguridad

de la calidad del envase

Alimentación

del material Rodillos de arrastre

Da mayor rapidez y mayor facilidad de

construcción además de un ahorro de

energía.



Materiales a

utilizarse en los

principales

elementos

Acero inoxidable

A304 Acero A36

Aluminio

Acero AISI 1020

Acero cementado 7210

La mayoría de elementos deben ser no

corrosivos con características adecuadas

para manejo de alimentos, los elementos

estructurales y además elementos que

pueden corroerse deben ser debidamente

pintados para evitar la corrosión.

Materiales de

envase

Materiales utilizados

para el sellado térmico

de productos

alimenticios

Debe existir un control tanto en la presión

como en las niquelinas, de manera que se

pueda realizar un sellado y corte eficiente

Número de

envases

mínimo a

llenar

Entre 100 u/h y 200

u/h

Los fabricantes de equipos de origen

extranjero recomiendan para buenos

resultados no sea superior a 1250 u/h.

Tabla 5: Características del equipo a construirse

EXPERIMENTOS, ANÁLISIS, O REALIZACIÓN DE SIMULACIONES

Una vez determinadas las características de la máquina se procede al diseño y análisis de la misma, en

donde el diseño de varias de sus partes ha sido indispensable con la finalidad de obtener un rendimiento

apropiado y un producto final de calidad. A continuación se describe los procesos de selección y cálculos

necesarios:

SELECCIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA INDIVIDUAL DE CHICLES

INDIVIDUALES:

- La banda va ser ubicada de manera horizontal sin Angulo de desnivel.

- La banda cuenta con elementos recolectores.

Datos iniciales:

Fig. 7 (Banda transportadora de chicles individuales) [1]



Tabla 6: Medidas de la banda transportadora FP15 de la RNA

Longitud L=1.5 m

Ancho de la banda = 2 cm

Material: PVC (bandas para transporte de alimentos, PVC o PU) [3]

Peso del chicle Pc= 3.2 gr

Recolectores:

Fig. 8 (Medidas de perfil de banda de PVC) [2]

a=5.6 mm

b= 10 mm

h= 6 mm

Material PVC, densidad d= 1.4 gr/cm3

Con este tipo de recolectores y una separación de 10mm entre ellos pueden estar 75 chicles sobre la banda

y 75 perfile recolectores.



Fig. 9 (Disposición de perfiles en la banda)

75 perfiles peso= 98.28 gr

75 chicles peso= 240 gr

Peso total PT= 338.28 gr

Área de trabajo At= 1.5 m * 0.02m = 0.03 m2

La carga del producto M= PT/At (1)

M= 0.3382Kg/0.03m2 = 11.276 Kg/m

2

Tiempo de accionamiento de la banda:

Fig. 10 (Caída máxima descrita por un chicle en la banda)

Ec=Ep (2)

m*g*h=00.5*m*v2

0.0032*9.81*0.087=0.5*0.0032* v2

V= 1.306 m/s



(3)

a= 1.3062/(2*0.30675)= 2.7802 m/s

2

t= 1.306/2.7802= 0.47 s

(4)

Vf= 1.306 + 2*9.81*0.19

Vf=5.0338 m/s

(5)

t=(5.0338-1.306)/9.81=0.38 s

Tiempo total tT=0.47 + 0.38 = 0.85 s

tbanda= 1.0625 min

V=L/ tbanda = 1.5/1.06= 1.412 m/min

Peso de la banda:

Tabla 7: Características físicas de la banda [3]

W=2.90 kg/m2 [2]

Coeficiente de fricción entre la banda y el rodillo motriz:



Tabla 8: Coeficientes de rozamiento entre rodillo y banda [4]

Fw= 0.30 sin recubrir

Factor de carga:

Como el Angulo de inclinación de la banda es 0°

Tabla 9: Factor debido al ángulo de inclinación de la banda [4]

Fp= 1

Carga del producto corregida:

Mp=M*Fp (6)

Mp= 11.276*1= 11.276 kg/m2



Tensión de la banda:

(7)

H=0 por 0° de inclinación

ABP= Tracción ajustada a la banda

SF= Factor de servicio

Tabla 10: Factor de servicio [4]

SF=1.2

(8)

ABS= Resistencia permitida de la banda

Bs= Resistencia nominal de la banda

T= Factor de temperatura

S= Factor de resistencia

Tabla 11: Características físicas de la banda [3]



Bs= 20 N/mm = 2038.73 Kg/m

Tabla 12: Factor de temperatura [4]

T= 0.98 (a 20°C de temperatura ambiente)

S= 0.92

(9)

ABS>ABP Correcto

CALCULO DE DEFLEXIONES:

Tabla 13: Datos del eje [4]



E= 19700 kg/mm2

I= 0.013 in4 = 5411.008533 mm

4

Q= 1.33 lb/pie = 1.983 kg/m

(10)

(11)

Deformación mínima.

CALCULO DEL ESFUERZO DEL EJE MOTRIZ:

f´= Coeficiente de rozamiento de los rodillos de soporte sobre sus propios cojinetes.

Tabla 14: Coeficientes de rozamiento entre ejes y bandas [5]

(12)

Qp= Peso neto de la cinta + peso de perfiles + peso de rodillos

Peso de la banda= 2.9 kg/m2 (tomado de la tabla 11)

Peso neto de la cinta= 2.9*3*0.02=0.174 Kg

Peso de perfiles= 196.56 gr (150 perfiles)

Peso de rodillos= 0.20614 Kg



Qp= 0.174+0019656+0.20614= 0.5767 kg

(13)

CALCULO DE ESFUERZO EN VACIO:

(14)

Q= Capacidad del transportador

Q= (3.2gr * 75)/1.06= 0.22642 Kg/min

CALCULO DE ESFUERZO CON CARGA:

(15)

(16)

ESFUERZO TOTAL:

(17)

Actuador lineal para cada una las 5 bandas de alimentación de chicles:

El actuador lineal [7] debe tener una carrera corta para realizar el avance secuencial de la banda por medio

de un mecanismo de trinquete, procedemos a la elección del actuador.

Actuador lineal:

Carrera = 20 mm

Elección del actuador:

Escogimos los cilindros compactos AEVULQ/AEVULQZ Hoja de datos del cilindro de simple efecto con

vástago cuadrado anti giro.



Fig. 11 (Factor debido al ángulo de inclinación de la banda) [6]

Esfuerzo de empuje= 7.8766 Kg P=77.1907 N

Tabla 15: Coeficientes de rozamiento entre ejes y bandas [6]

Escogemos un embolo con un diámetro de 16mm el cual nos da una fuerza de empuje a una presión de 6

bar de 111N suficiente para superar los 77.1907N que opone la banda.

Calculo de la energía cinética del embolo, con la ayuda del PropNeu [8] obtenemos los siguientes

resultados:

Fig. 12 (Parámetros del sistema para selección del cilindro PropNeu) [7]



Escogimos el pistón:

Fig. 13 (Tipo de cilindro PropNeu) [7]

Con lo que obtuvimos los siguientes resultados:

Fig. 14 (Resultados de simulación no adecuados PropNeu) [7]

Debido a la velocidad de acción del pistón se producía una cantidad de energía residual [9] que produce un

choque al final de la carrera la cual comprobamos con el siguiente cálculo.

Tabla 16: Peso móvil del pistón escogido [6]



Masa móvil con carrera de 20mm= 20 gr =0.002 Kg

Esfuerzo total= Esfuerzo de la banda + masa móvil + final pistón Kg

Esfuerzo total (Et)= 7.8766 + 0.002 + 0.002 = 7.9166 Kg

Ec=Et*V2/2 (18)

Para sacar la velocidad e incluso nos da el tiempo del ciclo del actuador lineal nos ayudamos del programa

ProNeu

V= 0.52 m/s

Ec=7.9166 * 0.522/ 2 = 1.07 J (energía cinética de impacto)

Para reducir esta energía cinética procedemos a colocar un amortiguador el final de la carrera.

Amortiguador

Fig. 15 (Escoger tipo de amortiguador para reducir la energía cinética PropNeu) [7]

YSR-7-5-C

Fig. 16 (Amortiguador YSR-7-5-C PropNeu) [7]



Características

Propiedades

Tamaño 7

Carrera 5 mm

Amortiguación autorregulable

Posición de montaje indistinto

Detección de la posición Sin

Velocidad máxima del impacto 3 m/s

Tiempo de recuperación corto 0,2 s

Tiempo de recuperación largo 1 s

Forma de funcionamiento de simple efecto

compresión

Clase de resistencia a la corrosión KBK 2

Temperatura ambiente -10 ... 80 °C

Carrera de amortiguación 5 mm

Fuerza máxima del impacto 300 N

Consumo máximo de energía por

carrera

2 J

Consumo máximo de energía por hora 12.000 J

Energía residual máxima 0,01 J

Fuerza de reposición 1,2 N

Peso del producto 16 g

Tipo de fijación con contratuerca

Indicación sobre el material Exento de cobre y PTFE

Conforme con RoHS

Información sobre el material de las

juntas

NBR

Información sobre el material del

cuerpo

Acero de aleación fina


vástago

Acero de aleación fina

Tabla 17: Tabla características técnicas del amortiguador PropNeu [7]

Lo cual nos produce el siguiente resultado:



Fig. 17 (Resultados de la simulación de la acción del pistón con el amortiguador acoplado PropNeu) [7]

Con lo cual obtenemos una energía de impacto dinámica 0, con lo cual aseguramos una larga vida útil del

pistón.

Además el software de simulación PropNeu nos ayuda a elegir la válvula de control, el racor de rápido

roscado y la manguera de alimentación de aire, los cuales son descritos a continuación:

Válvula de control:

MFH-3-M5

Fig. 18 (Electroválvula de simple efecto MFH-3-M5 PropNeu) [7]

Caracter. Propiedades

Función de las válvulas 3/2 cerrada monoestable

Tipo de accionamiento eléctrico

Caudal nominal normal 58 l/min

Presión de funcionamiento 0 ... 8 bar

Construcción asiento de plato

Tipo de reposición muelle mecánico

Diámetro nominal 1,3 mm



Función de escape no estrangulable

Principio de hermetización blando


Accionamiento manual auxiliar mediante pulsador

Tipo de control directo

Sentido del flujo no reversible

Desconexión del tiempo de

conmutación

16 ms

Conexión del tiempo de conmutación 9 ms

Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010

[7:4:4]

Indicación sobre los fluidos de

funcionamiento y de mando

Opción de funcionamiento con lubricación

(necesaria en otro modo de funcionamiento)

Temperatura del medio -15 ... 60 °C


Tipo de fijación con taladro pasante

Conexión neumática 1 M5



Tabla 18: Tabla características técnicas de la electroválvula PropNeu [7]

Racor con rosca exterior con hexágono exterior:

QSM-M5-3

Fig. 19 (Racor de conexión rápida QSM-M5-3 PropNeu [7])

Característica Propiedades

Tamaño mini

Diámetro nominal 2 mvm

Tipo de junta del eje atornillable Junta


Tamaño del depósito 10

Construcción Principio de empuje y tracción



Presión de funcionamiento en función de

la temperatura

-0,95 ... 14 bar


[7:-:-]

Indicación sobre los fluidos de

funcionamiento y de mando




Homologación Germanischer Lloyd

Par de apriete máximo 1,5 Nm

Peso del producto 3,4 g

Conexión neumática Rosca exterior M5

para diámetro exterior del tubo flexible de

3 mm

Color del anillo extractor azul

Indicación sobre el material Conforme con RoHS


cuerpo

latón

niquelado

Datos sobre el material del anillo de

liberación

POM

Información sobre el material de la junta

del tubo flexible

NBR

Datos sobre el material del segmento de

sujeción del tubo flexible

Acero inoxidable de aleación fina

Tabla 19: Tabla características técnicas del racor de conexión rápida PropNeu [7]

Tubo calibrado exterior, para racores rápidos QS, racores roscados CN y CK de poliuretano:

PUN-3x0,5-BL

Fig. 20 (Manguera de conexión PUN-3x0.5-BL PropNeu) [7]



Características Propiedades

Diámetro exterior 3 mm

Radio de flexión relevante para el

caudal

12 mm

Diámetro interior 2,1 mm

Radio máximo de curvatura 9 mm

Presión de funcionamiento en función de

la temperatura

-0,95 ... 10 bar


[7:-:-]


Homologación TÜV

Peso del producto según la longitud 0,0044 kg/m

Color azul

Dureza Shore D 52 +/-3


Conforme con RoHS

Información sobre el material del tubo

flexible

TPE-U(PU)

Tabla 20: Tabla características técnicas de la manguera de conexión PropNeu [7]

Calculo de consumo de caudal del pistón:

(19)

Q= Consumo de aire (NL/min)

d= Diámetro del cilindro (mm)

c= Carrera del cilindro (mm)

n= Numero de ciclos completos por minuto

p= Presión relativa de trabajo + 1 bar

N= Numero de efectos del cilindro

n=60/0.85= 70 ciclos/min

SELECCIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA DE CAJAS DE CHICLES:

- La banda va ser ubicada de manera horizontal sin Angulo de desnivel.

- La banda cuenta con elementos recolectores.



Fig. 21 (Banda transportadora de cajas de chicles) [8]

Tabla 21: Medidas de la banda transportadora FK120/FP120 de la RNA

Longitud L=0.5 m

Ancho de la banda = 12 cm

Material: PVC (bandas para transporte de alimentos, PVC o PU) [3]

Peso de caja de chicle Pcj= 264 gr

Recolectores:



Fig. 22 (Medidas de perfil de banda de PVC) [2]

b= 10 mm

h= 50 mm

Material PVC, densidad d= 1.4 gr/cm3

Con este tipo de recolectores y una separación de 40mm entre ellos y dejando 75 mm para la caja de

chicles, podemos tener 8 perfiles en la banda de 330 gr/m.

Fig. 23 (Disposición de perfiles en la banda)

Perfiles peso= 330*0.12m=39.6 gr

8 perfiles= 316.8 gr

Peso de caja= 264 gr

4 cajas= 1056 gr

Peso total PT= 1372.8 gr = 1.3728 Kg

Área de trabajo At= 0.5 m * 0.12m = 0.06 m2

La carga del producto M= PT/At (20)

M= 1.3728Kg/0.06m2 = 22.88 Kg/m

2

El tiempo que se demora en caer el paquete de 5 chicles una altura de 51.5 cm es de 0.2s la cual fue tomada

de forma experimental en un ambiente controlado con una temperatura de 20°C.



Lo cual sumado al tiempo de producción de cada funda de 5 chicles de 0.85s nos dad un total de 1.05 s

t paquete chicle= 1.05 s

T24chicles= 1.05*24= 25.2 s

tbanda = 25.2*4/60= 1.68 min

V=0.5/1.68 = 0.298 m/min

Peso de la banda:

W=2.90 kg/m2 (tabla7)

Coeficiente de fricción entre la banda y el rodillo motriz:

Fw= 0.30 sin recubrir (tabla 8)

Factor de carga:

Como el Angulo de inclinación de la banda es 0°]

Fp= 1 (tabla 9)

Carga del producto corregida:

Mp=M*Fp (21)

Mp= 22.88*1= 22.88 kg/m2

Tensión de la banda:

(22)

H=0 por 0° de inclinación

ABP= Tracción ajustada a la banda

SF= Factor de servicio

SF=1.2 (tabla 10)

(23)

ABS= Resistencia permitida de la banda



Bs= Resistencia nominal de la banda

T= Factor de temperatura

S= Factor de resistencia

Bs= 20 N/mm = 2038.73 Kg/m

T= 0.98 (a 20°C de temperatura ambiente)

S= 0.92

(24)

ABS>ABP Correcto

CALCULO DE DEFLEXIONES:

E= 19700 kg/mm2

I= 0.013 in4 = 5411.008533 mm

4

Q= 1.33 lb/pie = 1.983 kg/m

(25)

(26)

Deformación mínima.

CALCULO DEL ESFUERZO DEL EJE MOTRIZ:

f´= Coeficiente de rozamiento de los rodillos de soporte sobre sus propios cojinetes.

f´=0.3

(27)

Qp= Peso neto de la cinta + peso de perfiles + peso de rodillos

Peso de la banda= 2.9 kg/m2

Peso neto de la cinta= 2.9*1*0.12=0.348 Kg



Peso de perfiles= 633.6 gr (16 perfiles)

Peso de rodillos= 1.71334 Kg

Qp= 0.348+0.6336+1.71334= 2.695 kg

(28)

CALCULO DE ESFUERZO EN VACIO:

(29)

Q= Capacidad del transportador

Q= (264gr * 4)/1.68= 0.629 Kg/min

CALCULO DE ESFUERZO CON CARGA:

(30)

(31)

ESFUERZO TOTAL:

(32)

Potencia absorbida por el transportador:

(33)

V=0.298 m/min = 0.00497 m/s



Nt= N1 + N2 = 0.00723574 CV

PISTONES DE CIERRE:

Para realizar el cierre de la caja la cual contendrá 24 chicles se va utilizar 2 pistones y un actuador de giro

para realizar el cierre de 3 de las 4 tapas de la caja, la última tapa será cerrada por medio de un tope fijo en

la parte superior de la banda de transporte de cajas.

PISTONES:

Necesitamos una carrera de 55mm para doble completamente la tapa lateral de la caja.

Para la selección de estos pistones vamos a contar con la ayuda del ProbNeu, ya que la fuerza de oposición

de la tapa lateral de la caja es despreciable:

Fig. 24 (Parámetros del sistema para selección del cilindro PropNeu) [7]



Fig. 25 (Tipo de cilindro PropNeu) [7]

Fig. 26 (Pistón doble efecto de diámetro de 12mm ADN-12-55-A-P-A)




Carrera 1 ... 300 mm

Diámetro del émbolo 12 mm

En base a la norma ISO 21287

Amortiguación P: Amortiguación por tope elástico/placa a

ambos lados


Construcción Émbolo

Vástago

Tubo perfilado

Detección de la posición Para detectores de posición

Variantes

Homologación de protección

antideflagrante (ATEX)

Rosca exterior en el vástago prolongado

Rosca especial en el vástago

Vástago prolongado

Con seguridad torsional

todas las superficies de conexión del

cilidnro cumplen los requisitos

especificados en la clase de resistencia a la

corrosión KBK3 (gran resistencia a la

corrosión)

Movimiento lento constante

Mínima fricción

Vástago doble

Juntas termorresistentes hasta máx. 120 °C

Placa de tipo grabada con láser

vástago simple

Presión de funcionamiento 1 ... 10 bar

Forma de funcionamiento De efecto doble

Categoría ATEX para gas II 2G

Tipo de protección contra explosión de gas c T4

Categoría ATEX para polvo II 2D

Tipo de protección contra explosión por polvo c 120°C

Temperatura ambiente explosiva -20°C <= Ta <= +60°C


[7:4:4]

Indicación sobre los fluidos de funcionamiento y de

mando


(necesaria en otro modo de

funcionamiento)

Marcado CE (ver declaración de conformidad) Según la normativa UE sobre protección

contra explosión (ATEX)



Fuerza teórica con 6 bar, retroceso 51 N



Fuerza teórica con 6 bar, avance 51 ... 68 N

Tipo de fijación a elegir:

con taladro pasante

con rosca interior

con accesorios

Conexión neumática M5


Información sobre el material de la tapa Aleación forjable de aluminio

anodizado

Información sobre el material del vástago Acero de aleación fina

Información sobre el material de la camisa del

cilndro

Aleación forjable de aluminio

Anodizado deslizante

Tabla 22: Tabla de características técnicas del pistón ADN-12-55-A-P-A [7]

Fig. 27 (Optimización del sistema con válvulas reguladoras de caudal PropNeu) [7]



Fig. 28 (Resultados de la simulación de la acción del pistón con los reguladores de caudal PropNeu) [7]

Estrangulación del aire, con conexión giratoria.

GRLA-M5-QS-4-D

Fig. 29 (Regulador de caudal de aire)


Función de las válvulas Válvula reguladora de caudal, antirretorno del

escape

Conexión neumática 1 QS-4




Elemento de ajuste Tornillo con cabeza ranurada

Tipo de fijación atornillable

Caudal nominal normal en el sentido de la

estrangulación

110 l/min

Caudal nominal normal en el sentido del

antirretorno

65 ... 110 l/min

Presión de funcionamiento 0,2 ... 10 bar


Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010 [7:4:4]



Caudal estándar en sentido de regulación del flujo: 6

-> 0 bar

165 l/min

Caudal estándar en sentido de bloqueo: 6 -> 0 bar 140 ... 160 l/min


mando


(necesaria en otro modo de funcionamiento)




Información sobre el material de la chaveta

atornillable

latón

Información sobre el material de las juntas NBR

Datos sobre el material del anillo de liberación POM

Datos sobre el material del tornillo de regulación latón

Datos sobre el material de la junta basculante Fundición inyectada de cinc

cromado

Tabla 23: Tabla de características técnicas del regulador de caudal ProbNeu [7]

Tubo calibrado exterior, para racores rápidos QS, racores roscados CN y CK de poliuretano

PUN-4x0,75-BL

Figura 30: Manguera de conexión de aire





Radio de flexión relevante para el caudal 17 mm



Presión de funcionamiento en función de la

temperatura

-0,95 ... 10 bar

Fluido Aire comprimido según ISO8573-1:2010 [7:-:-

]


Homologación TÜV


Color azul



Conforme con RoHS

Información sobre el material del tubo flexible TPE-U(PU)

Tabla 24: Tabla de características técnicas de la manguera de conexión ProbNeu [7]

Rosca exterior con hexágono exterior.

QSM-M5-4

Fig. 31 (Racor de conexión rápida de aire)




Tamaño mini







temperatura

-0,95 ... 14 bar


[7:-:-]


mando








para diámetro exterior del tubo flexible de 4

mm



Información sobre el material del cuerpo latón

niquelado


Información sobre el material de la junta del tubo

flexible

NBR

Datos sobre el material del segmento de sujeción del

tubo flexible


Tabla 25: Tabla de características técnicas del racor de conexión rápida ProbNeu [7]

Electroválvula

VUVG-L10-B52-T-M5-1P3



Fig. 32 (Electroválvula visitable 5x2)


Función de las válvulas 5/2 biestable


Ancho 10 mm



Construcción Corredera

Tipo de protección IP40

IP65

con conector tipo zócalo


Función de escape Estrangulable



Accionamiento manual auxiliar con enclavamiento

mediante pulsador

cubierto

Tipo de control prepilotado

Alimentación del aire de control interno

Presión de control 1,5 ... 8 bar

Cambio del tiempo de conmutación 7 ms

Duración de la conexión 100%

Valores característicos de las bobinas 24V DC: 0,35W con reducción de la

corriente de parada

24V DC: 1W sin reducción de la corriente

de parada

Fluctuación de tensión permisible +/- 10 %


[7:4:4]


mando



funcionamiento)



Limitación de la temperatura ambiente y la

temperatura de medios

-5 - 50 °C

Sin reducción de la corriente de parada





Conexión eléctrica Mediante placa base eléctrica


Sobre regleta de bornes

con taladro pasante







Información sobre el material de las juntas HNBR

NBR

Información sobre el material del cuerpo Aleación forjable de aluminio

Tabla 26: Tabla de características técnicas de la electroválvula de control ProbNeu [7]

ACTUADOR DE GIRO:

DSM-10-90-P-A #173199

Fig. 33 (Actuador de giro tamaño 10)


Tamaño 10

Ángulo de amortiguación 0,5 deg

Ángulo de giro 0 ... 90 deg

Amortiguación P: Amortiguación por tope elástico/placa

a ambos lados





Construcción Aleta giratoria



Frecuencia de giro máxima con 6 bar 3 Hz

Categoría ATEX para gas II 2G

Tipo de protección contra explosión de gas c T4 X

Temperatura ambiente explosiva 0°C <= Ta <= +60°C


[7:-:-]

Marcado CE (ver declaración de conformidad) Según la normativa UE sobre protección

contra explosión (ATEX)

Temperatura ambiente 0 ... 60 °C

Momento de giro con 6 bar 0,85 Nm

Momento de inercia admisible de la masa 0,0026 kgm2


Tipo de fijación con rosca interior



Información sobre el material del eje de salida Acero inoxidable de aleación fina

Información sobre el material de las juntas TPE-U(PU)

Información sobre el material del cuerpo Aluminio

anodizado

Tabla 27: Tabla de características técnicas del actuador de giro

Girable 360°, rosca exterior con hexágono exterior:

QSML-B-M3-3-20

Fig. 34 (Acople rápido de aire)




Tamaño mini






Presión de funcionamiento en todo el margen de

temperatura

-0,95 ... 10 bar


[7:-:-]


mando







Conexión neumática 1 Rosca exterior M3

Conexión neumática 2 para diámetro exterior del tubo flexible de 3

mm



Información sobre el material del cuerpo PBT



flexible

NBR


tubo flexible


Tabla 28: Tabla de características técnicas del racor de acople rapido

DISEÑO DEL SISTEMA DE SELLADO Y CORTE TRANSVERSAL

Existen varias opciones para realizar el sellado y corte horizontal del plástico, se ha tomado el mecanismo

que se indica en la figura debido a la facilidad de construcción, control y además de ser económicamente

rentable.



Fig. 35 (Sistema de sellado y corte transversal) [8]

Fig. 36 (Simulación SOLIDWORK sistema de sellado y corte transversal)

El prensado y corte se realiza mediante un cilindro neumático el cual desplaza la placa móvil y la mordaza

de corte y sellado, los elementos mecánicos deben ser diseñados adecuadamente para soportar la fuerza que

proporcione el cilindro, el cilindro debe ser seleccionado para ser capaz de realizar el proceso de corte y

sellado adecuadamente.

DISEÑO PLACA FIJA DEL CORTADOR:

Diseño estático:

La carga a la rotura del polipropileno es de:

(34)

Para un área de corte y sellado



As= 20 mm2

Fig. 37 (Medidas placa fija)

L= 200 mm

Fig. 38 (Corte transversal de la viga)

b= 46.5 – 15.87 mm

Distribución de fuerzas:

Fig. 39 (Distribución de fuerzas en la placa fija)

P1= 560 N

P2= 280 N



M= 280 * 100 Nmm

Fig. 40 (Distribución de fuerzas cortantes en la placa fija)

Fig. 41 (Distribución de momentos en la placa fija)

(35)

(36)

b= 46.5 – 15.87 = 30.63 mm

Acero inoxidable 304:

Sy= 207 Mpa = 30 Ksi

Sut= 552 Mpa = 80 Ksi

(37)

No existen placas comerciales de 7.3 mm se opto por una opción comercial de ½ in = 12.7 mm



Aceptable

Diseño dinámico:

Fuerzas de 0 a 280 N

(38)

(39)

Como entonces:

(40)

Se´ Límite de fatiga experimental en condiciones ideales.

ko Factor de concentración de tensiones.

kf Factor de acabado superficial.

ks Factor de tamaño.

kr Factor de confiabilidad.

kt Factor de temperatura.

km Factor de efectos varios.

(41)

(42)

Kc= Concentración de tensión

qn= Falla de sensibilidad de la muesca



Fig. 43 (Factor de concentración en barra plana) [9].

Kc= 1.4

qn= 1 (muesca sensible)

(43)

kf factor de acabado superficial



Fig. 44 (Factor de superficies para acabados de acero) [9].

kf= 0.9

ks de tamaño:

(44)

(45)

(46)



kr= 0.9 por una confiabilidad del 90%

kt= 1 (para temperatura de 20°C)

km= 1 efectos varios

(47)

DISEÑO DE EJES GUIA:

Fig. 45 (Distribución de fuerzas en los ejes de la mordaza fija)

El peso de la placa y mordaza fija son despreciables en comparación al la fuerza que afecta al eje.

F=280 N

Mf= 28 Nm

Tracción:

(48)

Flexión:



Teoría de fallas:

(49)

Podemos aproximar a un eje comercial de 5/8 de in

(50)

Podemos aproximar a un eje comercial de 1 in.

DISEÑO DINAMICO:

Tracción:

Flexión:

(51)

Kc= Concentración de tensión

qn= Falla de sensibilidad de la muesca



Fig. 46 (Factor de concentración de esfuerzos para ejes a flexión) [9].

Kc= 1.95

qn= 1 (muesca sensible)

(52)

kf factor de acabado superficial

kf= 0.9

ks de tamaño:

(53)

kr= 0.9 por una confiabilidad del 90%

kt= 1 (para temperatura de 20°C)

km= 1 efectos varios



Diseño de de bocines de desplazamiento de placa móvil:

Fig. 47 (Diseño de bocín) [8].

Se recomienda que el ancho del bocín 2.5 a 3 veces el diámetro del eje.

F=57.084 Kg

Carrera de 50mm

Peso total= 57.084 + 2.88 + = 59.964 = 60 Kg

Con esta fuerza procedemos a escoger el pistón con el que vamos accionar la mordaza:

Carrera = 50 mm



Para esto vamos a realizarlo por medio del programa de simulación PropNeu.

Fig. 48 (Parámetros del sistema para selección del cilindro PropNeu) [7].

Fig. 49 (Selección del tipo de cilindro PropNeu) [7].



Fig. 50 (Optimización de resultados y selección de amortiguador PropNeu) [7].

Fig. 52 (Resultado del funcionamiento del pistón con los elementos seleccionados PropNeu) [7].



Pistón

ADN-20-50-A-P-A

Fig. 53 (Pistón doble efecto para mordaza móvil del mecanismo de cortado y sellado)


Carrera 50 mm

Diámetro del émbolo 20 mm

Rosca del vástago M8

Amortiguación P: Amortiguación por tope elástico/placa a

ambos lados


Corresponde a la norma ISO 21287

Extremo del vástago Rosca exterior


Variantes vástago simple




[7:4:4]


mando



funcionamiento)


Energía del impacto en las posiciones finales 0,2 J

Fuerza teórica con 6 bar, retroceso 141 N

Fuerza teórica con 6 bar, avance 188 N


con taladro pasante



con rosca interior

con accesorios



Información sobre el material de la tapa Aleación forjable de aluminio

anodizado

Información sobre el material de las juntas TPE-U(PU)


Información sobre el material de la camisa del

cilindro

Aleación forjable de aluminio

Anodizado deslizante

Tabla 28: Tabla de características técnicas del pistón doble efecto ProbNeu [7]

Amortiguador

YSRW-12-20

Fig. 54 (Amortiguador de salida de pistón)


Tamaño 12

Carrera 20 mm

Amortiguación autorregulable

curva característica blanda


Detección de la posición Sin

Velocidad máxima del impacto 3 m/s

Tiempo de recuperación corto 0,3 s

Tiempo de recuperación largo 1 s

Forma de funcionamiento de simple efecto

compresión



Carrera de amortiguación 20 mm



Fuerza máxima del impacto 1.000 N

Consumo máximo de energía por carrera 12 J

Consumo máximo de energía por hora 41.000 J

Energía residual máxima 0,05 J

Fuerza de reposición 5 N


Tipo de fijación con contratuerca


Conforme con RoHS

Información sobre el material de las juntas NBR

Información sobre el material del cuerpo Acero

cincado


Tabla 29: Tabla de características técnicas del amortiguador del pistón ProbNeu [7]

Racor:

QSM-M5-3

Fig. 55 (Racor de conexión rápida de aire)


Tamaño mini

Diámetro nominal 2 mm






temperatura

-0,95 ... 14 bar



Fluido Aire comprimido según ISO8573-

1:2010 [7:-:-]


mando

Opción de funcionamiento con

lubricación







para diámetro exterior del tubo

flexible de 3 mm



Información sobre el material del cuerpo latón

niquelado



flexible

NBR


tubo flexible


Tabla 30: Tabla de características técnicas del racor del pistón ProbNeu [7]

Tubo calibrado exterior, para racores rápidos QS, racores roscados CN y CK de poliuretano:

Fig. 56 (Mangueras de conexión de aire)



Radio de flexión relevante para el caudal 12 mm






temperatura

-0,95 ... 10 bar

Fluido Aire comprimido según ISO8573-

1:2010 [7:-:-]


Homologación TÜV


Color azul



Conforme con RoHS

Información sobre el material del tubo flexible TPE-U(PU)

Tabla 31: Tabla de características técnicas de mangueras de conexión de aire ProbNeu [7]

Electrovalvula:

VUVG-L10-M52-RT-M5-1P3

Fig. 57 (Electrovalvula de mando)

Fig. 58 (Esquema de electroválvula de mando)




Función de las válvulas 5/2 monoestable


Ancho 10 mm



Construcción Corredera

Tipo de reposición muelle mecánico

muelle neumático


IP65

con conector tipo zócalo


Función de escape Estrangulable



Accionamiento manual auxiliar con enclavamiento

mediante pulsador

cubierto

Tipo de control prepilotado

Alimentación del aire de control interno

Presión de control 2,5 ... 8 bar

Desconexión del tiempo de conmutación 19 ms

Conexión del tiempo de conmutación 7 ms

Duración de la conexión 100%

Valores característicos de las bobinas 24V DC: 0,35W con reducción de la

corriente de parada

24V DC: 1W sin reducción de la

corriente de parada

Fluctuación de tensión permisible +/- 10 %


[7:4:4]


mando

Opción de funcionamiento con

lubricación (necesaria en otro modo de

funcionamiento)

Limitación de la temperatura ambiente y la

temperatura de medios

-5 - 50 °C

Sin reducción de la corriente de parada





Conexión eléctrica Mediante placa base eléctrica




Sobre regleta de bornes

con taladro pasante







Información sobre el material de las juntas HNBR

NBR

Información sobre el material del cuerpo Aleación forjable de aluminio

Tabla 32: Tabla de características técnicas de la electroválvula de mando ProbNeu [7]

Calculo del caudal de consumo de aire:

Q= Consumo de aire (NL/min)

d= Diámetro del cilindro (mm)

c= Carrera del cilindro (mm)

n= Numero de ciclos completos por minuto

p= Presión relativa de trabajo + 1 bar

N= Numero de efectos del cilindro

n=60/8.5= 70 ciclos/min

CONSUMO TOTAL DE AIRE DE LOS PISTONES DEL SISTEMA:

Pistón banda 1:

Q= 1.95 l/min * 5= 9.85 L/min

Pistón de cierre lateral de caja:

Q= 0.418 L/min

Actuador de giro:

n= 2.4 ciclos/min

Q=0.011*2.4= 0.0264 L/min

Pistón del mecanismo de cerrado:

n= 60/0.85 = 70 ciclos



Q=15.4 L/min

Consumo total de aire por el sistema neumático:

Qtotal= 9.85 + 0.418 + 0.0264 + 15.4 = 25.6944 L/min

Selección del aislamiento térmico

Para determinar el aislante térmico es indispensable saber la temperatura termosellable a la que va a

trabajar el equipo automático de sellado térmico de bebidas líquidas.

El aislante térmico seleccionado tiene como función evitar que todo el calor que genera las niquelinas

vertical y horizontal sea transmitido a las paredes de las mordazas ya que este puede calentarse y producir

un sellado térmico de malas condiciones.

En algunos casos se utiliza un sistema de refrigeración para evitar este tipo de calentamiento hacia las

paredes las mordazas. En este caso hemos creído suficiente la selección del aislante térmico para evitar

dicho inconveniente.

Fig. 59 (Disposición de aislamiento técnico)

Fig. 60 (Niquelina para corte y sellado horizontal)



Niquelina:

Niquelina Potencia (W) Temperatura (°C)

Horizontal 600 120

Tabla 33: Tabla de características térmicas de la niquelina.

Niquelina Voltaje (V) Corriente (A) Potencia (W)

Horizontal 12 50 600

Tabla 34: Tabla de características eléctricas de la niquelina.

Características de los polímeros:

Material Rango de temperatura para corte y sellado (°C)

Polimetalcrilato 100 – 150

Polietileno lineal 120 – 160

Polietileno de alta densidad 80 – 120

Polietileno ramificado 130 – 180

Polivinil 90 – 120

Polipropileno metalizado. 120 – 135

Tabla 35: Tabla de características térmicas de los polímeros.

Formulas:

Niquelina Horizontal:

(54)

(55)

Área de la base de aluminio= 80 * 26= 0.00208 m2

Área de la niquelina= 80 * 4= 0.00032 m2

q= 600 W

ex= 0.0000985=0.098 = 1mm

El espesor de banda de mica aislante tendrá que tomar para conseguir una temperatura prudente en

la lámina de aluminio de 30 °C.



Niquelina vertical:

Fig. 60 (Niquelina para sellado vertical)

Formulas:

Niquelina Horizontal:

Área de la base de aluminio= 110 * 26= 0.00286 m2

Área de la niquelina= 110 * 4= 0.00044 m2



q= 600 W

ex= 0.0001594=0.1594 mm = 1mm

El espesor de banda de mica aislante tendrá que tomar para conseguir una temperatura prudente en

la lámina de aluminio de 30 °C.

DETECTORES DE PROXIMIDAD DE LOS CILINDROS:

SME-10M-ZS-24V-E-10-L-OE

Fig. 61 (Detectores de proximidad magnéticos (fines de carrera))


Construcción para ranura redonda

Corresponde a la norma EN 60947-5-2

Homologación C-Tick

Marcado CE (ver declaración de conformidad)

Según la normativa UE sobre EMC

Indicación sobre el material Cable sin halógenos Cable resistente al aceite Exento de cobre y PTFE Conforme con RoHS

Magnitud de la medición Posición

Principio de medición magnético Reed


Salida bipolar, con contacto

Fu|nción del elemento de conmutación contacto de trabajo



Precisión de repetición de la salida de conexión en ± mm

0,1 mm

Tiempo de conexión <= 1,2 ms

Tiempo de desconexión <= 1 ms

Frecuencia máxima de conmutación 50 Hz

Corriente máxima de salida 300 mA

Capacidad de conmutación AC máxima 9 VA

Rendimiento DC máximo de conmutación 9 W

Anticortocircuitaje no

Resistencia a sobrecargas no existente

Tensión de servicio calculada CC 24 V

Margen de tensión de funcionamiento AC 5 ... 30 V

Margen de tensión de funcionamiento DC 5 ... 30 V

Polos inconfundibles no

Conexión eléctrica 2 contactos 3 contactos Cable Cable con conector M12 M8x1 Collarín elástico Rosca giratoria Final abierto

Condiciones de control línea Cadena de arrastre: 5 millones de ciclos, radio de curvatura 28 mm Resistencia a la torsión: > 300 000 ciclos, ±270°/0,1 m Resistencia a la flexión alternante según la norma Festo Condiciones de control a pedido

Longitud del cable 0,2 ... 10 m

Característica de la línea Cadena de arrastre+robot

Información sobre el material de la cubierta del cable

TPE-U(PU)

Tipo de fijación Fijado con tornillos Montaje en la ranura por arriba



Información sobre el material del cuerpo refuerzo PA Acero inoxidable de aleación fina

Indicación del estado LED amarillo

Temperatura ambiente con cableado móvil -20 ... 70 °C

Tipo de protección IP65 IP68

Tabla 36: Tabla de características técnicas de detectores de proximidad magnéticos [9]



Sensor óptico de Barrera fotoeléctrica horquilladla:

Fig. 62 (Esquema eléctrico del detector óptico de horquilla (NPN))

Fig. 63 (Sensor óptico físico)


Homologación C-Tick c UL us - Listed (OL)

Marcado CE (ver declaración de conformidad) Según la normativa UE sobre EMC


Magnitud de la medición Posición

Principio de medición optoelectrónico

Mètodo de medición Barrera fotoeléctrica ahorquillada

Tipo de luz Rojo

Diámetro mínimo de objeto 0,3 mm


precisión de repetición 0,03 mm

Salida NPN

Función del elemento de conmutación conmutable

histéresis <= 0,25 mm

Frecuencia máxima de conmutación 2.000 Hz



Corriente máxima de salida 100 mA

Anticortocircuitaje ciclos

Margen de tensión de funcionamiento DC 10 ... 30 V

Ondulación residual 10 %

Intensidad en reposo 30 mA

Polos inconfundibles Para la conexión de la tensión de funcionamiento

Conexión eléctrica 3 contactos M8x1 Conector

Par de apriege máx. conector tipo clavija 0,3 Nm

Tamaño Horquilla 50x55 mm

Ancho de horquilla 50 mm

Par de apriete máx. 1 Nm con rosca interior 4 Nm con taladro pasante de fijación 3 Nm accesorios


Información sobre el material del cuerpo PC

Indicación del estado LED amarillo

Posibilidades de regulación Teach-In


Tensión de aislamiento 50 V

Resistencia a la tensión de choque 0,8 kV


Grado de ensuciamiento 3

Tabla 37: Tabla de características técnicas de detectores de los detectores ópticos de horquilla [9]

Selección de las bandas de arrastre

El plástico podrá pasar por el formador gracias a la tracción ejercida por el sistema de bandas de arrastre ya

que este sistema impone las mejores propiedades de deslizamiento de la cara interna del material.

Las bandas de arrastre [10] de ninguna manera deben deslizar respecto a sus poleas al momento de la

tracción del material, por lo que se decidió utilizar bandas de sincronización. Además, se requiere un

elevado coeficiente de rozamiento con respecto al material arrastrado, por lo que la banda debe tener un

recubrimiento de algún material abrasivo o tener labrado.

Considerando el diámetro del tubo de alimentación, se decidió utilizar una banda de 15mm de ancho de

paso métrico T5

A partir del paso de la banda, se seleccionó la polea 21-T5-10, donde: 10 es el número de dientes. El

cálculo del diámetro de paso de la polea está determinado por la ecuación.



Tabla 38 (Selección de la polea para el sistema de arrastre)

Fig. 64 (Selección de la banda para el sistema de arrastre)

Siendo el número de dientes Z = 10.

Como se necesita una relación de transmisión 1:1, la distancia entre centros se determina a partir de la

ecuación: , determinando que la longitud de la banda será de 190 mm.

(56)

Fig. 65 (Detalle de las bandas de arrastre)



Selección del motor-reductor para el mecanismo de arrastre

Análisis de la cinética del sistema

Con el objetivo de determinar la velocidad angular de las poleas dentadas necesarias para satisfacer los

requerimientos de producción, se desarrolló un análisis cinemático del sistema de arrastre. Por cuestiones

de diseño, se consideró inicialmente que no existe aceleración, es decir que el plástico baja con velocidad

constante. De esta manera:

Donde:

V: Velocidad del plástico [m/s]

L: Distancia a ser arrastrada [m]. (Longitud de la bolsa)

t: Tiempo de arrastre [seg.]

Fig. 66 (Longitud de la bolsa necesaria a ser arrastrada)

Y con los tiempos de arrastre establecidos anteriormente se determina la velocidad:

La velocidad angular con que giran las poleas dentadas está dada por:

(57)

Donde:

ω: Velocidad angular de las poleas dentadas [rad/s.]

V: Velocidad lineal del plástico [m/s]

r: Radio de las poleas dentadas considerando el espesor de la banda [m].

r= 9.75mm + 1mm = 10.75 mm



Una vez conocidas las revoluciones para abastecer de la envoltura necesaria para el empaquetado se

procede a la selección del motor el cual es un DC ya que la aplicación requiere de una baja potencia.

Fig. 67 (Selección del motor eléctrico DC marca Bosh)

Además se requiere de un reductor con relación de transmisión con la finalidad de obtener las RPM

necesarias, de esta manera se seleccionó basándose en la relación de transmisión.

Fig. 68 (Selección del reductor con relación de transmisión marca REM)

Cálculo de la potencia para jalar el plástico.

A partir de la fuerza necesaria para jalar el plástico, la misma que implica vencer la acción del freno, la

inercia del rollo plástico y el rozamiento. Se determina la potencia.



Fig. 69 (Fuerzas que actúan en el arrastre del material)

La fuerza de rozamiento entre las bandas y la cara impresa del plástico (Fr1) es la encargada del arrastre del

plástico. Esta fuerza debe ser siempre mayor que la fuerza de rozamiento entre el tubo formador y la cara

interna del plástico (Fr2) para que se produzca deslizamiento del material.

(58)

Donde:

: Coeficiente de rozamiento entre la banda y el plástico u=0.7

: Coeficiente de rozamiento entre el plástico y el tubo formador, u=0.2

N: Fuerza normal generada por la presión que ejercen las bandas de arrastre sobre el plástico y a su vez

sobre el tubo formador.

Fig. 70 (Diagrama de distribución de los cilindros para tensión del plástico)



Se determina la aceleración angular del motor partiendo de:

(59)

t: Tiempo de aceleración. [seg]; Por cuestiones de diseño se considera t=0.1s

En el análisis cinemático se calculó la aceleración angular de las poleas dentadas, con este valor se

determina la aceleración tangencial del plástico.

(60)

Donde:

at: Aceleración lineal del plástico [m/s2]

rp: Radio de la polea dentada considerando la banda [m]

Suponiendo que esta aceleración permanece constante en todo el trayecto del plástico, se calcula la

aceleración angular del rollo con la ecuación:

Donde es dato entregado por el fabricante [m].

Ancho rollo = 65 mm.

Peso de rollo = 7,25 Kg.

Para determinar la inercia del portabobina incluido el rollo de plástico se utilizó el software de diseño

SolidWorks. A continuación se presentan los resultados obtenidos:

I del rollo de polipropileno (g*mm2) = 148258344.93

I del tubo portabobina (g*mm2) = 21409.46

I del eje portabobina (g*mm2) = 1554433.87



I total (g*mm2) = 149834188.26

I total (Kg*m2) = 0.149834188

Se remplaza los valores en la siguiente ecuación:

(61)

Fig. 71 (D.C.L. con la fuerza de arrastre)

Fig. 72 (D.C.L. a la entrada del tubo formador)

Finalmente se obtiene la potencia necesaria para el arrastre de la funda.

(62)

Análisis de esfuerzos y fatiga para la flecha del rollo del polipropileno biorientado.

Fig. 73 (Diagrama de cuerpo libre del eje del rollo)



(AH+)

(63)

Fig. 74 (Diagrama del eje con la carga del rollo)

(64)



Límite a la fatiga:

Resistencia a la fatiga

(65)

C carga = 1 (Flexión)

C tamaño =

C superficie =

C temp = 1 (trabaja a temperatura de 20 °C)

C confiabilidad = 0.659 (con % de confiabilidad 99.999%)

Se = 1*(0.854)*(0.921)*1*(0.659)*200 Mpa = 103.67

Los cálculos realizados dan como resultado un factor de seguridad elevado lo que indica que el rodillo

seleccionado es más que adecuado y óptimo ya que la aplicación en la que se va a implementar no es muy

exigente. Se podría reducir el factor de seguridad cambiando el tipo del material, sin embargo se mantiene

con el acero inoxidable ya que es el más adecuado para estar en contacto directo con productos

alimenticios.

Alimentación neumática

Además se realizó un estudio para determinar la infraestructura de la alimentación neumática.

El sistema a diseñar consta de una tubería primaria de la cual saldrán cinco ramificaciones para la

alimentación de cinco equipos detallados a continuación con el consumo en lt/min de cada uno y la presión

requerida en bar para su funcionamiento:

No Elementos

Presión requerida [bar] Consumo Cant.

Consumo Final

bar psi lt/min pcm lt/min pcm

1 Piston 6 87 1.97 0.07 5 9.85 0.35

2 Piston 6 87 0.21 0.01 2 0.42 0.02

3 Piston 6 87 15.40 0.54 1 15.40 0.54

4

Actuador de

Giro 6 87 0.03 0.001 1 0.03 0.001

TOTAL 25.69 0.92

Tabla 39: Descripción de equipos a ser alimentados

Como el consumo para este sistema es mínimo se estima un consumo de 1 pcm



Dimensionamiento de la tubería principal

Para esta instalación neumática se utilizará una lista de las tuberías de acero cédula 40 disponibles. Se

asume un diámetro de 1’ para realizar los cálculos y ver si este dimensionamiento cumple con los

requerimientos de pérdidas de energía menores al 10% de la presión suministrada.

DIMENSIONES DE TUBERÍAS DE ACERO

Cédula 40

Fig. 75 (Dimensiones de tuberías de acero. Cédula 40)

El diámetro interior de la tubería es de y el area es de . A continuación se

plantea la ecuación de Bernoulli entre la salida del compresor hasta la entrada de la máquina para

determinar la caída de presión:

(66)

En el diseño se pretende tener una P1 similar a P2, el cambio en el peso específico del aire es despreciable

por lo que se asume que . Este valor se obtiene de realizando el siguiente cálculo, asumiendo

condiciones de trabajo de 100 psi y 80 F. [4]

Las alturas se cancelan en la ecuación de Bernoulli ya que la variación de altura no produce un cambio

significativo en la presión, y las velocidades se anulan porque el tamaño de la tubería va a ser el mismo,

dando la misma velocidad. La ecuación simplificada se muestra a continuación:

(67)



Siendo P1 la presión en el compresor. Las pérdidas de energía están representadas por hL, para encontrar

este valor se utiliza la ecuación de Darcy, en la cual se incluyen los efectos de las pérdidas menores:

(68)

Donde es la relación de la longitud de la tubería principal al diámetro de flujo y

es la carga de

velocidad. La longitud de la tubería principal es de L=14 m ó L=551.12 in. Con estos datos se calcula la

longitud equivalente de la tubería utilizando su diámetro:

De igual manera se calcula las longitudes equivalentes de las válvulas y acoples que se encuentran en la

tubería principal, los cuales generan pérdidas menores.

Fig. 76 (Resistencia de válvulas y acoplamientos, expresadas como longitud equivalente en diámetros de

tubería Le/D)

RESISTENCIA DE VÁLVULAS Y ACOPLAMIENTOS COMO LONGITUD

EQUIVALENTE

Tipo Cantidad

Válvula de compuerta abierta completamente 2 8 16

Codo estándar a 90 6 30 180

Te estándar con flujo a través de un tramo 1 20 20

Te estándar con flujo en el ramal 1 60 60

Total 276



La velocidad del flujo v se calcula con la ecuación de la continuidad. Para esto se debe calcular el flujo

volumétrico utilizando el valor de consumo de aire total calculado. El cálculo de las demás componentes de

la ecuación de Darcy se muestra detalladamente a continuación:

(69)

Donde:

Qa = Flujo volumétrico en condiciones reales

Qs = Flujo volumétrico en condiciones estándar

Patm-s = Presión atmosférica absoluta estándar

Patm = Presión atmosférica absoluta real

Pa = Presión real manométrica

Ta = Temperatura absoluta real

Ts = Temperatura absoluta estándar = 520 R ó 288 K

Donde

V = velocidad de flujo

A = Area de la tubería

Carga de velocidad

Factor de fricción

Densidad del aire



Cabe recalcar que la viscosidad dinámica de un gas no cambia mucho con los cambios de presión, por ello

se manejan los datos de la tabla mostrada a continuación, en la cual se muestran diferentes valores de la

viscosidad dinámica del aire a presión atmosférica a diferentes temperaturas. Esto no puede ser asumido de

igual manera con la viscosidad cinemática.

Fig. 77 (Propiedades del aire vs temperatura en unidades del sistema ingles a presión atmosférica)

Número de Reynolds

Rugosidad Relativa

En el diagrama de Moody podemos ingresar los valores de la rugosidad relativa y el número de Reynolds

para obtener el factor f y si este coincide con el factor de fricción para la tubería en sí, la relación L/D para

la tubería se agrega al total Le/D para las válvulas y acoplamientos:



Fig. 78 (Factor de fricción en zona de turbulencia completa para conductos de acero comercial nuevo y

limpio)

Como los valores obtenidos del diagrama de Moody coinciden con los del ft de la tabla anterior se calcula

una longitud equivalente total:

Una vez obtenido estos valores se halla el valor de las pérdidas de energía con la ecuación de Darcy

(70)

Caída de presión en la tubería:

Presión en el compresor

Como el cambio de presión es menor que el 10% es correcto asumir que el peso específico del aire es

constante. Si ocurriera una caída de presión mayor, habría que volver a diseñar el sistema con el uso de una

tubería más grande, o ajustar el peso específico al promedio de aquellos, al principio y al final del sistema.

Este diseño de sistema parece satisfactorio respecto a la caída de presión.

CÁLCULO DEL COMPRESOR [11]

La principal consideración en la selección de un compresor es la producción de un suministro adecuado de

aire comprimido al mínimo coste, asegurando un servicio permanente. La instalación de un sistema de

generación de aire comprimido precisa una inversión de capital con consiguientes costes de funcionamiento

y mantenimiento. La información en la que se basa la selección debe ser lo más exacta posible.

La mayoría de equipos de aire trabajan a una presión de 80 a 100 psig por lo que es muy común

suministrar una presión principal de 100 psig para poder absorber las pérdidas de carga.



Factor de Uso

Para el trabajo continuo de una herramienta neumática se necesita un compresor que por lo menos de tanto

aire como consume la o las herramientas. En el presente proyecto se utilizará un factor de uso =1 ya que los

equipos estarán funcionando constantemente.

Factor de simultaneidad

Este factor depende del número de máquinas o herramientas iguales en funcionamiento. Si suponemos que

todas están funcionando simultáneamente, el consumo es tan grande como la suma de cantidades de aire

que ellas consumen. Es fácil comprender que tal simultaneidad solamente ocurre en muy pocas ocasiones y

nunca durante largos periodos de tiempo. Al contrario, hay un desfase entre los periodos en que cada una

esta en funcionamiento.

La capacidad de cada herramienta para iniciar su operación de trabajo después de la otra, aumenta con el

número de herramientas iguales, en vez de acumularse la cantidad de aire en todas ellas.

Fig. 79 (Factor de Simultaneidad)

Elementos Cant. Caudal

[pcm]

Factor Uso Factor simult. caudal total

[pcm]

Cilindro banda 1 5 0.07 1 0.8 0.28

Cilindro banda 2 2 0.01 1 0.9 0.018

Actuador de giro 1 0.001 1 0.95 0.00095

Cilindro sellador 1 0.54 1 0.95 0.513

Total pcm 0.81195

Tabla 41: Descripción de los elementos a utilizar

Un compresor que suministre aproximadamente 1 pcm puede considerarse suficiente para esta instalación.

Sin embargo, es necesario hacer prever un aumento para dar cabida a una ampliación de la producción en el

futuro con el consiguiente aumento de herramientas neumáticas y un caudal perdido por fugas de aire. Este



aumento no debe ser inferior al 50% para hacer posible la adquisición sucesiva de herramientas

complementarias que siempre está relacionada con una nueva planta.

La presión del compresor es aproximadaente 90 psi la cual se la puede aproximar a 100 psi. Esta presión es

mayor a la presión de trabajo de los equipos.

Con los datos obtenidos podemos ir hacia la siguiente tabla para escoger el compresor que cubra nuestras

necesidades. Caudal=1.2m3*h, presión=6.89 bar

Fig. 80 (Selección de Compresores) [7]

Según los requerimientos del sistema el compresor recíproco de una etapa es el adecuado para esta

aplicación, mas estos compresores resultan un poco costosos con referencia al compresor centrífugo de una

etapa, por lo que se seleccionará este, ya que el punto de operación de nuestro sistema tambien se encuentra

dentro del rango de trabajo de este.

MODELO 3D

Una vez realizados todos los cálculos se realiza el modelo 3D con los valores de las tuberías y dimensiones

del pulmón de aire del sistema. Este diseño se lo realiza con la ayuda de programas de dibujo asistido por

computador, en este caso AutoCad.

Además se realizaron estudios de ciertas piezas para analizar el comportamiento de los mismos durante el

funcionamiento de la máquina, para lo cual se utilizó como herramienta el Solidworks los cuales se

encuentran en los Anexos.



ANÁLISIS DE COSTOS

Costos de Producción del Equipo

Es importante realizar un análisis económico para poder determinar el valor de la inversión en el diseño y

construcción del equipo.

Costos directos

Al realizar un estudio de costos directos debe considerarse los siguientes aspectos: Materiales, equipos,

herramientas, mano de obra, transporte, varios.

Tabla 41. (Costo de Metales por Kilogramo)

Con el costo por kilogramo de los materiales que se van a utilizar podemos calcular de manera precisa el

valor total de la materia prima de las diferentes piezas diseñadas.

COSTO DE MATERIAL POR KG

MATERIAL COSTO POR KG [$]

ACERO A-36 2.7

ACERO A-304 9.5

ACERO AISI 1035 4.5

ACERO 7210 4.5

ALUMINIO A-1060 22

GRILON PA TIPO 6 32



Costos Directos

COSTO DE MATERIALES PARA LA CONTRUCCIÓN DE PIEZAS

CÓDIGO DE PIEZA

DESCRIPCION CANT PESO UNITARIO [gr]

MATERIAL PESO TOTAL [Kg] COSTO MATERIAL DE PIEZAS

ABT1_A04 Soporte de amortiguador 5 1.06 ACERO A-36 0.0053 0.01 ABT1_C02 Soporte de Cámara 5 125.66 ACERO A-36 0.6283 1.70 ABT1_D01 Desechador 5 35.96 ACERO A-304 0.1798 1.71

ABT1_M02 Mesa de Bandas 1 33148.52 ACERO A-36 33.14852 89.50

ABT1_M03 Fijador de Mesa 8 69.3 ACERO A-36 0.5544 1.50 ABT1_P04 Soporte uña 5 24.63 ACERO AISI 1035 0.12315 0.55 ABT1_P05 Uña 5 22.65 ACERO 7210 0.11325 0.51 ABT1_S02 Soporte Solenoide 5 19.04 ACERO A-36 0.0952 0.26 ABT1_T01 Trinquete 5 105 ACERO 7210 0.525 2.36

ABT1_T02 Eje Trinquete 5 124 ACERO A-304 0.62 5.89

ABT1_T04 Manga Eje 5 4.78 ALUMNIO A-1060 0.0239 0.53

ABT2_AG11 Soporte Actuador de Giro 1 117.55 ACERO A-36 0.11755 0.32

ABT2_AG12 Palanca Actuador Giro 1 7.6 GRILON POLIAMINA TIPO 6 0.0076 0.24

ABT2_M02 Mesa Banda 2 1 5278.93 ACERO A-36 5.27893 14.25

ABT2_P05 Soporte Pistón de Cierre 1 1500 ACERO A-36 1.5 4.05

ABT2_P06 Soporte pistón de Cierre 1 1087.86 ACERO A-36 1.08786 2.94

BT1_S03 Soporte de la banda 1 20 28.06 ACERO A-36 0.5612 1.52 BT2_S03 Soporte de la banda 2 4 38.07 ACERO A-36 0.15228 0.41

TC1_T001 Tubo de arrastre 1 79.19 ACERO A-304 0.07919 0.75 ABT2_P08 Placa vertical de cierre 2 70.18 ACERO A-36 0.14036 0.38 ABT2_P07 Placa horizontal de cierre 1 131.13 ACERO A-36 0.13113 0.35 CST_R01 Eje templado de plástico 5 613.64 ACERO 7210 3.0682 13.81

CST-R04 Placa soporte ejes funda 1 20000 ACERO A-304 20 190.00 CCON_S01 Placa pistón sellado 1 151 ACERO A-36 0.151 0.41

TC1 E001 Rampa de alimentación 1 908.55 ACERO A-304 0.90855 8.63

CCON_S02 Soporte sellador horizontal 2 425 ACERO A-36 0.85 2.30

TOTAL 344.87

Tabla 42. Costo de Elementos por materiales



LISTA DE ELEMENTOS POR ADQUIRIR

ELEMENTO CANTIDAD PRECIO UNITARIO

PRECIO TOTAL

SENSORES

Detectores de proximidad magnético 11 16 176

Sensor Óptico 7 23 161

ACTUADORES

Solenoide 5 10 50

Actuador de giro 1 79 79

Pistón Simple efecto 5 50 250

Pistón doble efecto 2 65 130

Electroválvula biestable 3 142 426

Electroválvula monoestable 5 80.2 401

Motor 2 15 30

Servomotor 1 800 800

ALIMENTACIÓN NEUMATICA

Conectores codo Electroválvulas 11 2.5 27.5

Manguera para electroválvulas 10 2 20

Silenciador de bronce 8 2 16

Codo 90 1in 7 5 35

Tee 1in 1 5 5

Válvula de Globo 2 5 10

Compresor Aire 1 900 900

Tubo Galvanizado 10 60 600

MATERIALES ELECTRICOS

PLC 1 260 260

Breaker 1 8 8

Porta fusible y fusible 2 5 10

Lámparas Indicadoras 1 2 2

Pulsadores 9 3 27

Selector de posición (ON-OFF) 1 4 4

Tablero de Control 1 40 40

Cámara 5 400 2000

Servo driver 1 300 300

Cable eléctrico 10 2 20

OTROS

Amortiguador 5 25 125

Sistema de Banda Transportadora (Chicles) 5 975 4875

Perfiles de banda (Chicles) 150 1 150

Cinta banda transportadora (Chicles) 5 150 750

Sistema de banda transportadora (Caja) 1 1110 1110

Perfiles de Banda (Caja) 1 2 2

Cinta banda Transportadora (Caja) 1 160 160

Sistema de bandas arrastre 2 30 60

Sistema cortado y sellado horizontal 1 150 150

Sistema de sellado vertical 1 100 100



Tubo acero inoxidable 1 30 30

TOTAL 14299.5

Tabla 43. Lista de elementos por adquirir y sus precios

COSTOS DE MAQUINARIA Y EQUIPO UTILIZADOS

NO Descripción Horas-Equipo Costo-Hora Costo Total

1 TORNO 6 12 72

2 FRESA 10 4 40

3 LIMADORA 2 8 16

4 CORTE (PLASMA) 24 3 72

5 SOLDADORA TIC 10 8 80

6 TALADRO 4 2 8

7 AMOLADORA 2 1 2

8 DOBLADORA 3 1 3

9 HERRAMIENTA MANUAL 20

10 OTROS EQUIPOS 20

TOTAL 333

Tabla 44. Costos de maquinaria y equipos utilizados para la fabricación de partes

COSTOS DE MANO DE OBRA

NO Descripción Horas-Equipo Costo-Hora Costo Total

1 Mecánico Industrial 51 4 204

2 Tenido Electrico-Electronico 10 4 40

3 Soldador 10 2 20

TOTAL 264

Tabla 45. Costos de mano de obra

VALOR TOTAL COSTOS DIRECTOS

DETALLE VALOR USD

Costo de Maquinaria y Equipo utilizado 333.00

Costo Personal de ensamble 264.00

Costo de los elementos fabricados 344.87

Costo de los elementos comprados 14299.50

TOTAL 15241.37

Tabla 46. Valor total costos Directos

VALOR TOTAL COSTOS INDIRECTOS

DETALLE CANTIDAD [% CD] VALOR USD Imprevistos 5 762.07

TOTAL 762.07

Tabla 47. Valor total costos Indirectos

COSTOS TOTALES

La suma de los costos directos más los costos indirectos equivalen a los costos totales. A

continuación se muestra el valor de costos totales.



COSTOS TOTALES

COSTOS DIRECTOS 15241.37

COSTOS INDIRECTOS 762.07

TOTAL 16003.44

Tabla 48. Costos Totales

ANÁLISIS DE COSTOS POR OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Mediante la toma de datos estadísticos en un tiempo considerable de funcionamiento del equipo se

obtiene un análisis de los costos de operación y mantenimiento.



ANÁLISIS DE CONSUMO ENERGÉTICO

Elemento Descripción Cantidad Potencia (W)

Uso diario (horas)

KWh diarios

KWh mensual

Costo tarifa ($/KWh)

Costo diario ($)

Costo mensual ($)

Compresor 1 2238 8 17.904 537.12 0.08 1.43232 42.9696

Electroválvulas

Monoestable (1 bobina)

6 1 8 0.048 1.44 0.08 0.00384 0.1152

Biestable (2 bobina)

6 1 8 0.048 1.44 0.08 0.00384 0.1152

Sensores magnéticos

18 9 8 1.296 38.88 0.08 0.10368 3.1104

Sensores ópticos

7 5 8 0.28 8.4 0.08 0.0224 0.672

Servodrive 1 20 8 0.16 4.8 0.08 0.0128 0.384

Servomotor 1 30 8 0.24 7.2 0.08 0.0192 0.576

Motor DC 2 5 8 0.08 2.4 0.08 0.0064 0.192

Resistencia Eléctrica

2 600 8 9.6 288 0.08 0.768 23.04

Cámara 5 15 8 0.6 18 0.08 0.048 1.44

Solenoide 5 25 5 0.625 18.75 0.08 0.05 1.5

P.L.C. 1 50 8 0.4 12 0.08 0.032 0.96

TOTAL ($):

2.50248 75.07

Tabla 49. Análisis de consumo energético

OTROS

Depreciación

La depreciación es la pérdida de valor contable que sufren los activos fijos por el uso a que se les somete y

su función productora de renta. En la medida en que avance el tiempo de servicio, decrece el valor

contable de dichos activos.

La vida contable de un activo fijo depreciable comienza desde la fecha en que la empresa lo compra y lo

empieza a explotar económicamente hasta la fecha en que se cumple su depreciación total.

El método de depreciación en línea recta es el método más utilizado y con este se supone que los activos

se usan más o menos con la misma intensidad año por año, a lo largo de su vida útil; por tanto, la

depreciación periódica debe ser del mismo monto. Aplicando este método al equipo diseñado se tiene una

depreciación anual de:

DEPRECIACIÓN ANUAL DEL EQUIPO

Año Depr. Anual (USD) Depr. Acum (USD) Valor de Máquina

0 0 0 15241.37

1 3048.27 3048.27 12193.10

2 3048.27 6096.55 9144.82

3 3048.27 9144.82 6096.55

4 3048.27 12193.10 3048.27

5 3048.27 15241.37 0.00

Tabla 50. Depreciación anual del equipo

COSTOS FIJOS Y VARIABLES DE FUNCIONAMIENTO (MENSUAL)

Concepto Costos Fijos Costos Variables

Consumo Energético - 75.07

Operario 300 -

Grasa o Aceite - 10

Aceite Neumático - 10

Materiales para limpieza 12 -

Depreciación 254.02 -

TOTAL 566.02 95.07

Tabla 51. Costos fijos y variables de funcionamiento

2012 Automatización industrial mecatrónica

E S C U E L A P O L I T É C N I C A D E L E J É R C I T O

Página 96

COSTO TOTAL DE FUNCIONAMIENTO (MENSUAL)

Costos fijos 566.02

Costos variables 95.07

TOTAL 661.10

Tabla 52. Sumatoria de los costos fijos y variables

TASA DE PRODUCCION

La tasa de producción es la cantidad de artículos o servicios que se realizan en cierta cantidad de

tiempo. A continuación se muestra el cálculo para la tasa de producción de la máquina diseñada.

TIEMPO DE PRODUCCION

Proceso Tiempo

Caída banda 1 0.85

Llenado de funda 0.85

Llenado de caja 25.2

Sellado de caja 3.6

TOTAL 30.5

Tabla 53. Tiempo de cada uno de los procesos.

La tasa de producción es igual a las horas laborales de la máquina dividida para el mayor tiempo de los

diferentes procesos, en nuestro caso este proceso es el llenado de cajas. Este valor es el númer de cajas

que se podrían producir al día en un horario laboral de ocho horas. Este valor multiplicado por los dias

laborales nos da la producción mensual, el cual al ser dividido para la sumatoria de gastos nos da como

resultado el costo que se va a incrementar a la materia prima o producto.

CALCULO COSTO PROCESO EMPACADO

HL 28800

# Cajas diaria 1142.857143

# Cajas mensual 34285.71429

Costo proceso empacado 0.02

Tabla 54. Calculo costo proceso empacado

Del cálculo anterior se puede ver que el costo del proceso de empacado es de 2 cvs por caja de 24

unidades. Esto resulta ser muy beneficioso porque casi no afecta al costo final de produccion de la goma

de mascar tipo bola.



Página 97

CALCULO DE UTILIDAD MENSUAL

COSTO MATERIA PRIMA

DETALLE CANTIDAD PRECIO

Carton Impreso (unidades) 34300 6860

Envoltura Impresa (kg) 20 120

Goma base (Kg) 10000 50000

Gastos mensuales 661.10

Tabla 55. Costo materia prima

INGRESO MENSUAL

Produccion mensual 34285.71429

Ingreso mensual 66857.14286

Tabla 56. Ingreso Mensual

UTILIDAD ($) 9216.05

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La red de aire comprimido es bastante eficiente; sus pérdidas son bajas y el diámetro de las tuberías es

óptimo. Esta tubería presenta un buen funcionamiento.

Las condiciones estándar de funcionamiento del sistema se escogieron basados en las temperaturas

promedio en el sector de Quito y en la presión generalmente requerida por equipos neumáticos (100psi).

Es necesario hallar un buen equilibrio entre el costo del proyecto y la eficiencia de la tubería, se puede

tener un sistema con pérdida mínima pero este puede resultar bastante costoso (a mayor diámetro de la

tubería menor pérdida).

El compresor escogido es de tipo centrífugo, el cual tiene como ventajas un menor coste inicial, menor

coste de mantenimiento, menor tiempo parado, menor tamaño y masa y tienen motores de alta velocidad

y bajo rendimiento. Las desventajas de este tipo de compresores es que tiene un rango operativo limitado

por golpe de ariete, un límite inferior de caudal, alto coste de potencia de motor y es sensible a cambios

en la composición y densidad del gas con el que trabaja.

La capacidad del pulmón de aire depende principalmente del tiempo de vaciado que se desee del mismo,

este puede tener varias formas. El espesor de pared depende del tipo de acero con el que se lo va a

construir, de la presión que soporta y del factor de soldadura.

El sistema de sellado por pistón es mucho más flexible al realizar su trabajo ya que puede adaptarse a un

cambio por medio de su programación a diferencia del sellado por rodillos, ya que al existir un cambio

estos deben ser remplazados físicamente.



Página 98

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] polímero sintético masticable

Química volumen (2), Ronald J. Gillespie, pág. 997

Presentación de polímeros masticables, Sara B. G.

[2] PVC

http://www.aniq.org.mx/provinilo/pvc.asp

Principales polímeros comerciales, Mará Cinta Vicent, pág. 16-10

[3] polipropileno biorientado

http://www.quiminet.com/articulos/el-polipropileno-biorientado-bopp-y-sus-aplicaciones-31039.htm

Guía Tecnológica Para El Manejo Integral Del Sistema Productivo, Ministerio de agricultura de

Colombiana, pág. 72-75

[4] poliolefinas

http://www.plasticseurope.es/que-es-el-plastico/tipos-de-plasticos/poliolefinas.aspx

Introducción a la química de los polímeros, Raymond B. Charles Seymour, pág. 479-181

[5] Dosificación

Sistema dosificado de dosificación, J. Cáceres, Junio 2009

Equipos y sistemas de dosificación, Original Equipment Manufacturing, pág. 273-276

[6] Isobárico

http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/proceso-isobarico-e-isocorico

Física, Jerry D. y Wilson Anthony J., pág. 413.414

[7] Actuador lineal

http://www.linak.es/Productos/Linear-Actuators.aspx

Actuadores lineales electromecánicos y soportes husillo. Niasa

[8] Propneu

Propneu selección, cálculo y simulación, recuperado de: http://es.scribd.com/doc/91124972/ProPneu

http://www.festo.com/net/en_corp/SupportPortal/InternetSearch.aspx



Página 99

[9] Enegía residual

Termotecnia básica para ingenieros químicos: Bases de Termodinámica Aplicada, Antonio de Lucas,

pág. 112

Utilización efectiva de la energía residual en plantas de propulsión, Ramón Ferreira, Rodrigo Pernas

[10] Bandas de arrastre

http://www.molinaro-ltd.com/index.php?id_section=67

Diseño de una máquna empacadora, dosificadora y selladora de fundas para arroz, Eduardo Moreno,

pág. 98-102

Mott. Robert; Mecánica de Fluidos: Pentice Hall 6ta Edición. 2006, APENDICE F, TABLA 10.4, pág

297, APENDICE E, TABLA 10.5, pág 297

Norma INEN de dibujo técnico (ANEXOS)

Asesembly Automation and product design, Geoffrey Boothroyd

Diseño de máquinas, Robert L. Norton

Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, Richard G. Budynas, octava edición

Diseño de una máquina empacadora, dosificadora y selladora de fundas para arroz, Eduardo Moreno y

Tito Velasteguí, Enero 2010

Diseño y construcción de un dosificador y empacador de producto alimenticio molido y seco de 50 gr.,

Emilio Morales, Julio 2010

Diseño, construcción y pruebas de un equipo automático para el sellado térmico, Sócrates Aquino y Luis

Freire, Junio 2009.



Página 100

ANEXOS

DATOS EXPERIMENTALES DEL TIEMPO DE CAIDA DEL EMPAQUE DEL CHICLE DESDE LA ETAPA DE CORTE-

SELLADO HASTA LA CAJA DE ALMACENAMIENTO

# de prueba tiempo (seg)

1 0.17

2 0.21

3 0.22

4 0.18

5 0.23

6 0.2

7 0.2

8 0.17

9 0.19

10 0.23

11 0.22

12 0.2

13 0.21

14 0.17

15 0.2

16 0.2

17 0.21

18 0.17

19 0.18

20 0.2

SUMA 3.96

PROMEDIO 0.198

Proceso de Empaquetado de Chicles

Documents

Transcript of Proceso de Empaquetado de Chicles