Diseño y construcción de una máquina para la separación de ...

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería en Automatización Facultad de Ingeniería

2019

Diseño y construcción de una máquina para la separación de fibra Diseño y construcción de una máquina para la separación de fibra

siliconada y relleno de peluches, babuchas y cojines siliconada y relleno de peluches, babuchas y cojines

Juan Carlos Cifuentes Orbegozo Universidad de La Salle, Bogotá

Laura Camila Gómez Villalobos Universidad de La Salle, Bogotá

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA PARA LA SEPARACIÓN DE FIBRA SILICONADA Y RELLENO DE PELUCHES, BABUCHAS Y COJINES

JUAN CARLOS CIFUENTES ORBEGOZO LAURA CAMILA GÓMEZ VILLALOBOS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN BOGOTÁ

2019

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA PARA LA SEPARACIÓN DE FIBRA SILICONADA Y RELLENO DE PELUCHES, BABUCHAS Y COJINES

JUAN CARLOS CIFUENTES ORBEGOZO LAURA CAMILA GÓMEZ VILLALOBOS

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero en Automatización

Director: Jairo Orlando Montoya Gómez Ingeniero Electromecánico Msc

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN BOGOTÁ

2019

Nota de Aceptación ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________

__________________________________ Firma Director

Ingeniero Jairo Orlando Montoya Gómez

__________________________________ Firma del jurado

__________________________________ Firma del jurado

DEDICATORIA Agradecemos a Dios sobre todas las cosas por ponernos siempre en el camino a las personas adecuadas para brindarnos la ayuda que se necesita aportando una idea, una solución, sus conocimientos o simplemente palabras de apoyo. Agradecemos a nuestras familias por siempre estar con nosotros y preocuparse por la construcción de nuestra vida profesional impulsándonos a no rendirnos cuando muchas veces pareció que este camino no era el indicado para cada uno de nosotros, también agradecemos los sacrificios económicos, la paciencia y la confianza puesta en cada uno. De manera muy personal agradecemos a nuestro director Jairo Montoya por su profesionalismo, liderazgo y orientación en la ejecución de esta investigación, agradecemos las enseñanzas recibidas, la colaboración, su dedicación y su vocación. A las personas que durante todo este tiempo de formación profesional pasaron por nuestras vidas tanto amigos como compañeros, queremos agradecerles por su amistad, compañerismo, consejos y demás, siempre se recordaran las cosas buenas que nos dejaron, las experiencias y situaciones vividas. Con la finalización de este trabajo y esta etapa esperamos ser fuente de orgullo para todos. Y quedamos a la expectativa del siguiente reto que la vida nos presente, buen viento y buena mar.

CONTENIDO Pág

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1

MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 2

1.1 FIBRA POLIÉSTER .................................................................................... 2

1.1.1 Propiedades físicas de la fibra poliéster. .............................................. 2

1.1.2 Propiedades químicas de la fibra poliéster ........................................... 2

1.1.3 Ventajas y desventajas de la fibra poliéster ......................................... 3

1.2 PROCESO DE FABRICACIÓN DE PELUCHES ........................................ 3

2 ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL PROYECTO .................................................. 5

2.1 NIVEL ECONOMICO .................................................................................. 5

2.2 PARÁMETROS DE DISEÑO ...................................................................... 7

2.2.1 Complejidad 1 ...................................................................................... 7

2.2.2 Complejidad 2 ...................................................................................... 9

2.2.3 Complejidad 3 .................................................................................... 10

2.2.4 Complejidad 4 .................................................................................... 12

2.2.5 Complejidad 5 .................................................................................... 14

3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN ................................................................... 16

3.1 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA ................... 16

3.1.1 Tolva .................................................................................................. 16

3.1.2 Transporte neumático para la etapa de alimentación......................... 17

3.1.3 Compuerta ......................................................................................... 18

3.2 SISTEMA DE SEPARACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA ...................... 18

3.2.1 Separador de cinta ............................................................................. 18

3.2.2 Separador de palas ............................................................................ 19

3.2.3 Circulación neumática ........................................................................ 20

3.2.4 Sistema de cardado ........................................................................... 21

3.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE LA SECCIÓN DE SEPARACIÓN ....... 22

3.3.1 Sistema de bandas ............................................................................. 22

3.3.2 Sistema de piñones ............................................................................ 23

3.3.3 Sistema de cadena ............................................................................. 24

3.4 SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA .................... 24

3.4.1 Tornillo sin fin helicoidal ..................................................................... 25

3.4.2 Aire comprimido ................................................................................. 25

3.5 SISTEMA DE CONTROL DEL PROCESO ............................................... 26

3.5.1 Controlador lógico programable ......................................................... 26

3.5.2 Placa de desarrollo ARDUINO ........................................................... 27

3.5.3 Funcionamiento de la máquina por contactores ................................. 28

3.6 CALIFICACIÓN DE ALTERNATIVAS ....................................................... 28

3.6.1 Sistema de alimentación de la fibra siliconada ................................... 28

3.6.2 Sistema de separación de la fibra siliconada ..................................... 30

3.6.3 Sistema de transmisión para la sección de separación ...................... 31

3.6.4 Sistema de dosificación de la fibra siliconada .................................... 32

3.6.5 Sistema de accionamiento del proceso .............................................. 33

3.7 DESCRIPCIÓN DE SUBSISTEMAS ........................................................ 34

4 DISEÑO DE EXPERIMENTOS ....................................................................... 35

4.1 ENSAYO 1: PRESIÓN DE TRABAJO ...................................................... 35

4.2 ENSAYO 2: FUERZA DE SEPARACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA .... 42

5 DISEÑO DEL SISTEMA DE SEPARACIÓN Y TRANSMISIÓN ...................... 46

5.1 ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN CADA PALA .......................................... 46

5.2 DIMENSIONAMIENTO DEL MOTOR ....................................................... 51

5.2.1 Selección del motor ............................................................................ 56

5.2.2 Especificaciones del motor ................................................................. 56

5.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN ............................................ 57

5.3.1 Diseño del sistema tornillo sin fin corona ........................................... 57

5.3.2 Diseño de la transmisión por cadena ................................................. 63

5.3.3 Diseño del eje .................................................................................... 66

5.3.4 Validación del eje ............................................................................... 78

6 DISEÑO DEL SISTEMA DE DOSIFICADO .................................................... 82

6.1 CONSUMO DE AIRE COMPRIMIDO ....................................................... 82

6.2 CAUDAL DEL FLUJO DE AIRE REQUERIDO ......................................... 83

6.2.1 Factores de riesgo .............................................................................. 85

6.3 DIMENSIONAMIENTO DE LA LÍNEA NEUMÁTICA ................................ 87

6.3.1 Cálculo del diámetro interno de conducción ....................................... 87

6.3.2 Cálculo de la pérdida de carga ........................................................... 89

6.3.3 Cálculo de velocidad .......................................................................... 92

6.3.4 Selección del Compresor ................................................................... 93

6.3.5 Selección de la unidad de mantenimiento .......................................... 93

6.4 ERGONOMIA ........................................................................................... 94

6.5 DISEÑO DE BOQUILLAS ......................................................................... 98

7 DISEÑO DEL SISTEMA DE ACCIONAMIENTO .......................................... 101

7.1 ESQUEMA DE CONTROL ..................................................................... 101

7.2 ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC. ........................................................ 103

7.2.1 Diagrama de conexión de entradas y salidas del PLC ..................... 103

7.2.2 Tablero Eléctrico .............................................................................. 103

7.3 P&ID ....................................................................................................... 105

7.4 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA ............................................................. 105

8 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO........................................................... 108

8.1 DISEÑO DEL PROTOTIPO .................................................................... 108

8.2 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO ..................................................... 109

8.3 RESULTADOS ....................................................................................... 111

9 CONCLUSIONES ......................................................................................... 115

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 117

LISTA DE TABLAS Pág

Tabla 1: Costos directos para la producción de 200 Osisanitas. ............................. 6 Tabla 2: Costos indirectos de la producción de 200 Osisanitas. .............................. 6

Tabla 3: Peso y tiempo empleado para la complejidad 1. ........................................ 8 Tabla 4: Peso y tiempo empleado para la complejidad 2. ...................................... 10 Tabla 5: Peso y tiempo empleado para la complejidad 3. ...................................... 11 Tabla 6: Peso y tiempo empleado para la complejidad 4. ...................................... 13 Tabla 7: Peso y tiempo empleado para la complejidad 5. ...................................... 15

Tabla 8 Resumen de productividad. ...................................................................... 15 Tabla 9: Calificación de alternativas. ..................................................................... 29

Tabla 10: Calificación de alternativas. ................................................................... 30

Tabla 11: Calificación de alternativas. ................................................................... 31 Tabla 12: Calificación de alternativas. ................................................................... 32 Tabla 13: Calificación de alternativas. ................................................................... 33

Tabla 14: Tiempos (s) obtenidos según el peso de la fibra y presión. ................... 38 Tabla 15: Tiempos (s) obtenidos según el peso de la fibra y presión. ................... 39 Tabla 16: Flujo de relleno según la cantidad de fibra y la presión. ........................ 41

Tabla 17: Masa de las pesas (kg) obtenidas. ........................................................ 43 Tabla 18: Fuerzas (N) obtenidas para la separación entre cerdas. ....................... 44

Tabla 19: Masa de las pesas (kg). ......................................................................... 44 Tabla 20: Fuerzas (N) obtenidas para la separación entre cerdas. ....................... 45 Tabla 21: Factor de confiabilidad ........................................................................... 49

Tabla 22: Especificaciones motor trifásico. ............................................................ 56

Tabla 23: Datos para cada punto ........................................................................... 77 Tabla 24: Diámetros obtenidos .............................................................................. 78 Tabla 25: Medidas comerciales para la tubería. .................................................... 89

Tabla 26: Diámetro externo de tubería según el tipo de accesorio. ....................... 90 Tabla 27: Tabla de Potencias Estándar ................................................................. 93 Tabla 28: Medidas básicas para el diseño de Puestos de Trabajo ........................ 96

Tabla 29: Dimensiones en metros de cada operaria .............................................. 97 Tabla 30: Parámetros antropométricos de la población laboral colombiana. ......... 98 Tabla 31: Referencias seleccionadas para cada nivel de complejidad .................. 99 Tabla 32: Medidas por referencia. ......................................................................... 99

Tabla 33: Entradas y salidas del PLC. ................................................................. 103 Tabla 34: Resultados pruebas sin muñeco. ......................................................... 112

Tabla 35: Resultados pruebas con muñeco. ........................................................ 114

LISTA DE FIGURAS Pág

Figura 1: Fibra poliéster. ......................................................................................... 2

Figura 2: Diagrama de flujo del proceso de fabricación de peluches. ..................... 4 Figura 3: Osisanitas ................................................................................................ 5 Figura 4: Peso del balón vacío................................................................................ 7 Figura 5: Peso del balón relleno. ............................................................................ 8 Figura 6: Peso del cojín tipo cuello vacío. ............................................................... 9

Figura 7: Peso cojín tipo cuello relleno. .................................................................. 9 Figura 8: Peso del Minion Vacío. .......................................................................... 11

Figura 9: Peso del Minion Relleno. ....................................................................... 11

Figura 10: Peso del Osisanitas Vacío. .................................................................. 12 Figura 11: Peso del Osisanitas Relleno. ............................................................... 13 Figura 12: Peso del Tazmania Vacío. ................................................................... 14

Figura 13: Peso del Tazmania Relleno. ................................................................ 14 Figura 14: Lámina Helicoidal................................................................................. 19 Figura 15: Separador de palas o paletas. ............................................................. 20

Figura 16: Cardadora ............................................................................................ 21 Figura 17: Diseño CAD del experimento (A) Botella 1 (B) Botella 2. .................... 36

Figura 18: Experimento botella 1 .......................................................................... 37 Figura 19: Experimento botella 2. ......................................................................... 37 Figura 20: Tiempos obtenidos según el peso de la fibra y presión. ...................... 39

Figura 21: Tiempos (s) obtenidos según la cantidad de fibra y presión. ............... 40

Figura 22: Flujo de relleno según la presión y la cantidad a impulsar. .................. 41 Figura 23: Diseño CAD del cepillo. ....................................................................... 43 Figura 24: Diagrama de cuerpo libre. .................................................................... 46

Figura 25: Diagramas de fuerza cortante y momento flector. ............................... 47 Figura 26: Resistencia a la fatiga Sn. ................................................................... 48 Figura 27: Factor por tamaño................................................................................ 49

Figura 28: Distribución de las palas en el eje. ...................................................... 51 Figura 29: Momentos críticos en el sistema de palas ........................................... 52 Figura 30: Tornillo sinfín corona. ........................................................................... 63 Figura 31: Diseño del eje ...................................................................................... 67

Figura 32: Torques en el punto B y D. .................................................................. 67 Figura 33: Fuerzas en el eje x............................................................................... 69

Figura 34: Angulo de incidencia del sistema de transmisión por cadena .............. 71 Figura 35: Diagrama de Fuerzas en X .................................................................. 72 Figura 36: Diagrama de momento flector en X ..................................................... 73 Figura 37: Fuerzas en el eje Y .............................................................................. 74 Figura 38: Diagrama de Fuerzas en Y: ................................................................. 75

Figura 39: Diagrama de Momento Flector en Y .................................................... 76 Figura 40: Diagrama de Momento Torsor ............................................................. 76 Figura 41: Eje con los diámetros obtenidos. ......................................................... 78 Figura 42: Diagrama del montaje en los 4 puntos analizados. ............................. 79

Figura 43: Análisis de tensión sobre el eje ........................................................... 80 Figura 44: Análisis de desplazamiento sobre el eje .............................................. 80 Figura 45: Análisis de deformación ....................................................................... 81 Figura 46: Factor de Simultaneidad. ..................................................................... 84

Figura 47: Árbol de decisión para la elección de la postura de trabajo ................. 95 Figura 48: Dimensiones antropométricas. ............................................................ 96 Figura 49: GRAFCET del esquema de control. ................................................... 101 Figura 50: Diseño CAD de la estructura de la máquina. ..................................... 105 Figura 51: Vista frontal de la estructura de la máquina. ...................................... 106

Figura 52: Vista trasera de la estructura de la máquina. ..................................... 106 Figura 53: Vista explosionada de la estructura de la máquina. ........................... 107

Figura 54: Estructura del prototipo. ..................................................................... 109

Figura 55: Prototipo final. .................................................................................... 110 Figura 56: Pruebas del prototipo. ........................................................................ 111 Figura 57: Primera prueba. ................................................................................. 112

Figura 58: Segunda Prueba ................................................................................ 113

LISTA DE ANEXOS Pág

Anexo 1. Botella no funcional 118 Anexo 2. Botella no funcional 2 119 Anexo 3. Botella funcional 120 Anexo 4. Diseño Experimento de Separación 121 Anexo 5. Línea Neumática 122 Anexo 6. Cableado de Potencia 123 Anexo 7. Modulo Entradas Digitales 124 Anexo 8. Modulo Entradas Análogas 125 Anexo 9. Modulo Entradas Análogas 2 126 Anexo 10. Modulo Salidas Digitales 127

Anexo 11. P&ID Máquina y Sistema Neumático 128

Anexo 12. Ensamble Máquina 129 Anexo 13. Vista Explosionada 130 Anexo 14. Diseño Máquina Estructura 131 Anexo 15. Diseño Máquina Cilindro 132 Anexo 16. Diseño Máquina Eje 133 Anexo 17. Diseño Máquina Pala 134 Anexo 18. Diseño Máquina Turbina 135 Anexo 19. Diseño Máquina Tolva 136 Anexo 20. Diseño Máquina Base Tolva 137 Anexo 21. Boquilla 138 Anexo 22. Prototipo 139 Anexo 23. Prototipo Estructura 140 Anexo 24. Prototipo Cilindro 141 Anexo 25. Prototipo Eje 142 Anexo 26. Prototipo Pala 143 Anexo 27. Tablero de Mando 144

RESUMEN En el proceso de fabricación de muñecos, una de las etapas fundamentales es el relleno con fibra siliconada, que se realiza manualmente, método que presenta problemas de salud para los operarios como lo son, el túnel carpiano, artritis a largo plazo y deficiencias respiratorias, también uno de los mayores inconvenientes es el tiempo que se emplea al realizar el proceso. Para solucionar esta problemática se procede a diseñar y construir una máquina que se encarga de la separación de la fibra siliconada y el relleno de peluches, con una salida a la cual se le adaptan unas boquillas de diferentes tamaños que permitan el llenado de partes pequeñas o grandes. Este proyecto se desarrolla con el fin de reducir el tiempo de producción, disminuir el consumo de materia prima y disminuir los problemas de salud que se pueden presentar en los operarios, gracias a un sistema que permita la separación de la fibra, y a su sistema de dosificación que se encargará de controlar la cantidad de relleno que se suministra por la boquilla. La máquina será diseñada para la fábrica de muñecos FAGOVI, cumpliendo a cabalidad sus necesidades, ya que uno de sus inconvenientes es que las máquinas que existen actualmente en el mercado están por fuera del presupuesto. PALABRAS CLAVE: Dosificación, máquina, separación, fibra siliconada, peluches.

1

INTRODUCCIÓN El proyecto surge de la necesidad de la fábrica de muñecos FAGOVI de reducir los problemas de salud que presentan los operarios, al realizar una tarea repetitiva durante la jornada laboral en el proceso de relleno de peluches, al ser esta etapa completamente manual, se desperdician grandes cantidades de fibra siliconada y los tiempos de producción son muy prolongados, por eso, se busca disminuir el consumo de materia prima y mejorar el tiempo empleado. En los 25 años de funcionamiento de la microempresa se han presentado 15 casos de mujeres que al estar en ese puesto de trabajo han tenido problemas de salud, en especial el caso de una operaria que lleva 20 años realizando esta tarea y es en la que se ven más reflejadas estas deficiencias, como el túnel del carpo, deformación de los dedos, principios de artritis, entre otros, situación que implica que cuando las operarias vuelven de la incapacidad soliciten una nueva ubicación en el cargo o cambiar de empleo, lo que genera un incremento salarial, el pago de liquidación o una indemnización si es necesario, esta situación ha causado grandes pérdidas económicas para la empresa. Como propuesta de solución a esta problemática, se procede a diseñar y construir una máquina que se encarga de la separación y abertura de la fibra siliconada y el relleno de peluches, por medio de una salida a la cual se le adaptan unas boquillas de diferentes tamaños que permitan el llenado de partes pequeñas o grandes. Para el desarrollo de lo anterior, se establece como objetivo principal diseñar y construir una máquina para la separación de fibra siliconada y el relleno de peluches, babuchas y cojines. Diseñando cada uno de los subsistemas que permitan la separación y dosificación de la fibra siliconada, con sus respectivas boquillas posicionadas según las normas de ergonomía, diseñar el sistema de accionamiento y la estructura de la máquina, y finalmente construir y ensamblar cada uno de los subsistemas. La metodología empleada se realizó en 6 etapas diferentes. En primer lugar, fue necesario hacer una identificación del problema, determinando unas alternativas de posible solución, para finalmente escoger la adecuada, posteriormente se diseñaron y construyeron cada uno de los subsistemas, para finalmente ensamblar y diseñar un sistema de control de accionamiento de la máquina.

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MARCO TEÓRICO 1.1 FIBRA POLIÉSTER Es una de las fibras que más se usa a nivel mundial por sus extraordinarias propiedades que tiene para su aplicación en el campo textil. Su textura es similar al algodón, como se puede observar en la Figura 1. Figura 1: Fibra poliéster.

Fuente: (BCM, 2016) 1.1.1 Propiedades físicas de la fibra poliéster. Posee una baja absorción del agua (impermeabilidad) de 0,4% a 0,6% por lo cual se seca rápidamente. Por ser una fibra sintética se puede dar la finura, longitud y textura adecuada para el tipo de proceso adecuado. Su tenacidad y resistencia a la tracción es alta, y su resistencia en húmedo es igual a su resistencia en seco, la resistencia a la ruptura entre 4 a 5,5 gr/denier (fibra regular), 6,3 a 9,5 gr/denier (filamentos de alta tenacidad) y de 2,5 a 5,5 gr/denier (fibra corta). Tiene una densidad a peso específico que varía entre 1,22 a 1,33 gr/cm3. Donde denier es la unidad del sistema métrico de la densidad lineal de masa de fibras. (Rosales, 2013) 1.1.2 Propiedades químicas de la fibra poliéster Buena resistencia casi a todos los ácidos minerales y orgánicos, productos de oxidación y reducción, y a la mayoría de los disolventes orgánicos. Solo a elevadas concentraciones tiene una degradación de la fibra. (Rosales, 2013)

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1.1.3 Ventajas y desventajas de la fibra poliéster VENTAJAS:

- Alta elasticidad y permite dar una forma consistente al muñeco. - Son extremadamente fuertes y resistentes a la abrasión. - Extensible y no se arruga fácilmente; las fibras no son atacadas por

bacterias, moho o polillas.

DESVENTAJAS:

- No puede ser teñido con colorantes normales solubles al agua. - Se utilizan colorantes dispersos. - Se ensucia rápidamente. - Propiedades bajas de absorción de agua y sudor, afecta su utilización en

ropa. - Dificultades en su tintura. (Anónimo, 2016)

1.2 PROCESO DE FABRICACIÓN DE PELUCHES En la empresa FAGOVI, este proceso se divide en diferentes etapas de trabajo. La primera es la adquisición de materia prima, en la que se deben tener en cuenta las telas como Suavetina, grand special, venus, y mink para las babuchas, balones, peluches y cojines, el hilo e hilazas, el relleno siliconado que viene empacado por 10 kilos, ojos, narices, grapas y demás accesorios según el modelo. Posteriormente, se prepara el material en un tendido con una medida adecuada para la cantidad requerida y al tipo de material, porque todas las telas no vienen de la misma medida, se sigue con el proceso de trazado de los patrones o moldes de cada una de las piezas. A continuación, se efectúa el corte de cada una de las partes por bloques, y se sigue con la fase de confección realizada en máquina plana para darle cuerpo y forma, teniendo en cuenta que las costuras son internas, se deja una ranura para que luego sea volteado y rellenado, se le agregan los ojos y nariz, tras ello se procede con el relleno de forma manual, se cose manualmente la ranura y se agregaran otras cualidades como las puntadas, ropa o accesorios adicionales. También se efectúa un proceso de control de calidad para determinar alguna imperfección en las etapas anteriormente nombradas para corregirla y finalmente

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empacar el muñeco y distribuir. El proceso completo de la fábrica de muñecos descrito anteriormente se puede ver representado en la Figura 2. Figura 2: Diagrama de flujo del proceso de fabricación de peluches.

Elaborado por los autores.

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2 ESTUDIO DE VIABILIDAD DEL PROYECTO En el proceso de identificación se realiza un estudio administrativo para el muñeco de mayor demanda de la empresa. Posteriormente se definen los parámetros de diseño de 5 tipos de muñecos, de diferente forma y tamaño, en la que se estudian los tiempos empleados por el operario para rellenar cada uno, y la cantidad de fibra necesaria. 2.1 NIVEL ECONOMICO Se realiza el estudio administrativo para determinar los costos de operación, el volumen de producción, la eficiencia, la jornada de trabajo, mantenimiento y el control de calidad de una producción determinada de muñecos, que consta de la fabricación de 200 osos, de aproximadamente 0,18 m de alto, que se puede observar en la Figura 3. Figura 3: Osisanitas

Fuente: Autores. Se escogió esta referencia de muñeco porque es el de mayor demanda en la empresa en cualquier época del año. Para su fabricación se necesita de varios accesorios adicionales y cumplir con todo el proceso necesario. Para determinar los costos de operación se realizó un listado de los costos directos de la producción de los materiales necesarios, ver Tabla 1.

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Tabla 1: Costos directos para la producción de 200 Osisanitas.

MATERIAL CANTIDAD VALOR UNIT VALOR TOTAL

SUAVETINA BLANCA 18 m $ 9.500 $ 171.000

SUAVETINA SALMON 5 m $ 9.500 $ 47.500

FIBRA SILICONADA 18 kg $ 5.700 $ 102.600

OJOS TECNOFORMADOS 400 unds $ 174 $ 69.600

NARIZ TECNOFORMADAS 200 unds $ 45 $ 9.000

GRAPAS REF 16 300 unds $ 37 $ 11.100

HILO 1000 m $ 1,06 $ 1.060

HILAZAS 400 m $ 0,40 $ 160

LANA 10 m $ 100 $ 1.000

VIOTO 20 m $ 6.500 $ 130.000

BOLSA DE PLASTICO 200 unds $ 35 $ 7.000

MARQUILLA 200 unds $ 20 $ 4.000

TOTAL: $ 554.020

Elaborado por los autores. También se incluyeron los valores de los costos indirectos, es decir, servicios públicos, arriendo, salario por cada operario, el mantenimiento de los equipos y el pago del arriendo, que se observan en la Tabla 2. Tabla 2: Costos indirectos de la producción de 200 Osisanitas.

CANTIDAD VALOR UNIT VALOR TOTAL

ELECTRICIDAD 1 día $ 10.760 $ 10.760

ACUEDUCTO 1 día $ 7.700 $ 7.700

OPERARIOS 12 operarios $ 46.029 $ 552.348

MANTENIMIENTO 1 día $ 2.400 $ 2.400

ARRIENDO 1 día $ 104.000 $ 104.000

TOTAL: $ 677.208


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Los osos se fabrican en una jornada laboral de 8 horas, en un horario de 7:30 am a 5:00 pm una hora de almuerzo y dos descansos15 minutos, uno en la mañana y el otro en la tarde, el control de calidad se hace de forma manual, donde se revisa si hay algún tipo de falla en cualquiera de las etapas de producción. 2.2 PARÁMETROS DE DISEÑO Los parámetros de diseño se establecen a partir de cinco tipos de muñecos, los cuales se describen a continuación, y que se clasifican por nivel de complejidad, teniendo en cuenta su forma y tamaño. Posteriormente se determina la cantidad de fibra siliconada y el tiempo que emplea el operario para rellenar los muñecos, pesando cada uno cuando está vacío, tomando el tiempo de relleno y posteriormente pesarlo, para calcular la cantidad de fibra empleada. Los datos que se obtienen son tomados como referencia para los parámetros de diseño, con el fin de garantizar que la velocidad de relleno de la máquina sea superior al procedimiento manual, lo cual se establece en el desarrollo del experimento de la sección 3.1 de este documento. 2.2.1 Complejidad 1 Para el primer nivel se buscó un producto con el menor grado de complejidad, como lo es el balón, por su forma esférica de un tamaño aproximado de 0.3 m, al estar vacío tiene un peso de 66 g y relleno un peso aproximado de 226 g como se observa en las Figuras 4 y 5. Figura 4: Peso del balón vacío.

Fuente: Autores.

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Figura 5: Peso del balón relleno.

Fuente: Autores. Se tomaron 5 datos diferentes, que se observan en la Tabla 3, para el peso de la fibra siliconada y el tiempo que se demora un operario en rellenarlo. Tabla 3: Peso y tiempo empleado para la complejidad 1.

PESO FIBRA SILICONADA (g)

TIEMPO EMPLEADO POR EL OPERARIO (s)

159 78

145 72

152 75

148 73

154 78

𝑥 = 151.6 𝑦 = 75.2 Elaborado por los autores. Según los datos de la Tabla 3, se obtuvo un promedio para el peso de la fibra siliconada de 151.6 g, y para el tiempo que emplea en promedio el operario es de 75.2 s. Para definir cuanta fibra se rellena en 1 s, se hace uso de una regla de tres como se puede observar a continuación:

9

151.6 𝑔 → 75.2 𝑠 𝑥 ← 1 𝑠

𝑥 = 2.01 𝑔

𝑠⁄

2.2.2 Complejidad 2 En este nivel se encuentran los cojines tipo cuello de un tamaño aproximado de 0.4 m, al estar vacío tiene un peso de 63 g como se puede apreciar en la Figura 6, y relleno un peso aproximado de 217 g como se observa en la Figura 7. Figura 6: Peso del cojín tipo cuello vacío.

Fuente: Autores. Figura 7: Peso cojín tipo cuello relleno.

Fuente: Autores.

10

Se tomaron 5 datos diferentes, que se observan en la Tabla 4, para el peso de la fibra siliconada y el tiempo que se demora el operario en rellenarlo. Tabla 4: Peso y tiempo empleado para la complejidad 2.



154 88

162 104

156 93

159 104

158 101

𝑥 = 157.8 𝑦 = 98

Elaborado por los autores. Según los datos de la Tabla 4, se obtuvo un promedio para el peso de la fibra siliconada de 157.8 g, y para el tiempo que emplea en promedio el operario es de 98 s. Para definir cuanta fibra se rellena en 1 s, se hace uso de una regla de tres como se puede observar a continuación:

157.8 𝑔 → 98 𝑠 𝑥 ← 1 𝑠

𝑥 = 1.61 𝑔

𝑠⁄ 2.2.3 Complejidad 3 En este nivel se encuentran los Minions de un tamaño aproximado de 0.55 m, al estar vacío tiene un peso de 120 g y relleno un peso aproximado de 483 g como se puede apreciar en las Figuras 8 y 9 respectivamente.

11

Figura 8: Peso del Minion Vacío.

Fuente: Autores. Figura 9: Peso del Minion Relleno.

Fuente: Autores. Se tomaron 5 datos diferentes, que se observan en la Tabla 5, para el peso de la fibra siliconada y el tiempo que se demora el operario en rellenarlo. Tabla 5: Peso y tiempo empleado para la complejidad 3.



363 190

343 160

360 185

12

358 182

352 176

𝑥 = 355.2 𝑦 = 178.6

Elaborado por los autores. Según los datos de la Tabla 5, se obtuvo un promedio para el peso de la fibra siliconada de 355.2 g, y para el tiempo que emplea en promedio el operario es de 178.6 s. Por lo tanto, se puede afirmar que si se rellena 355.2 g de fibra siliconada en 178.6 s, se puede definir cuanta fibra se rellena en 1 s, por medio de la siguiente regla de tres:

355.2 𝑔 → 178.6 𝑠 𝑥 ← 1 𝑠

𝑥 = 1.988 𝑔

𝑠⁄ 2.2.4 Complejidad 4 En este nivel se encuentran los Osisanitas de un tamaño aproximado de 0.25 m, al estar vacío tiene un peso de 30 g y relleno un peso aproximado de 82 g como se puede apreciar en las Figuras 10 y 11 respectivamente. Figura 10: Peso del Osisanitas Vacío.

Fuente: Autores.

13

Figura 11: Peso del Osisanitas Relleno.

Fuente: Autores. Se tomaron 5 datos diferentes, que se observan en la Tabla 6, para el peso de la fibra siliconada y el tiempo que se demora el operario en rellenarlo. Tabla 6: Peso y tiempo empleado para la complejidad 4.



56 93

54 87

54 96

52 101

55 98

𝑥 = 54.2 𝑦 = 95

Elaborado por los autores. Según los datos de la Tabla 6, se obtuvo un promedio para el peso de la fibra siliconada de 54.2 g, y para el tiempo que emplea en promedio el operario es de 95 s. Por lo tanto, se puede afirmar que si se rellena 54.2 g de fibra siliconada en 95 s, se puede definir cuanta fibra se rellena en 1 s, por medio de la siguiente regla de tres:

54.2 𝑔 → 95 𝑠 𝑥 ← 1 𝑠

𝑥 = 0.57 𝑔

𝑠⁄

14

2.2.5 Complejidad 5 En este nivel se encuentran los Tazmania de un tamaño aproximado de 0.2 m y vacío tiene un peso de 57 g y relleno un peso aproximado de 103 g como se puede apreciar en las Figuras 12 y 13 respectivamente Figura 12: Peso del Tazmania Vacío.

Fuente: Autores. Figura 13: Peso del Tazmania Relleno.

Fuente: Autores. Se tomaron 5 datos diferentes, que se observan en la Tabla 7, para el peso de la fibra siliconada y el tiempo que se demora el operario en rellenarlo.

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Tabla 7: Peso y tiempo empleado para la complejidad 5.



53 334

47 301

50 313

51 322

53 318

𝑥 = 50.8 𝑦 = 317.6

Elaborado por los autores. Según los datos de la Tabla 7, se obtuvo un promedio para el peso de la fibra siliconada de 50.8 g, y para el tiempo que emplea en promedio el operario es de 317.6 s. Por lo tanto, se puede afirmar que si se rellena 50.8 g de fibra siliconada en 317.6 s, se puede definir cuanta fibra se rellena en 1 s, por medio de la siguiente regla de tres:

50.8 𝑔 → 317.6 𝑠 𝑥 ← 1 𝑠

𝑥 = 0.16 𝑔

𝑠⁄ El cálculo obtenido en los análisis de cada complejidad establecidos para los parámetros de diseño arroja la velocidad de relleno empleada en el proceso manual, lo que permite definir como mejor resultado que se pueden dosificar 2.01 g en 1 s y establecerlo como punto de referencia para el diseño de la máquina. A continuación, se puede observar en la Tabla 8 el resumen de productividad. Tabla 8 Resumen de productividad.

Complejidad Productividad g/s

1 2.01

2 1.61

3 1.98

4 0.57

5 0.16


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3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN La clasificación de alternativas se realiza para cada una de las etapas de la máquina, que son: Alimentación, separación, transmisión, y dosificación, igualmente se define el control eléctrico y el diseño de la estructura. 3.1 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA La etapa de alimentación consiste en abastecer o aprovisionar a la máquina con una determinada cantidad de fibra siliconada. 3.1.1 Tolva Es un dispositivo similar a un embudo destinado al depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados. Es de forma cónica y siempre es de paredes inclinadas como las de un cono, la altura de la tolva depende de la cantidad de material que se quiere almacenar y a que intervalos se quiere estar llenando nuevamente. (Homebrew, 2016) VENTAJAS:

- Sistema de funcionamiento sencillo y de bajo mantenimiento. - Altas capacidades de almacenamiento. - No hay pérdida de material por que la fibra se dirige directamente a la sección

de separación. - Bajo consumo energía eléctrica.

DESVENTAJAS:

- Al tener una arquitectura tipo cono, la fibra se puede acumular en la salida. - Al ir ubicada en la parte superior de la máquina, esta quedaría muy alta, lo

que impide que el operario pueda introducir fácilmente la fibra, para esta acción se requiere hacer una parada cada vez que se agote el material.

- Se necesita tener un sistema para dar paso al material de la tolva de almacenamiento a la máquina.

- El ingreso de la fibra siliconada se hace al máximo de capacidad.

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3.1.2 Transporte neumático para la etapa de alimentación Los sistemas neumáticos de transporte son bastante simples y son adecuados para el transporte de materiales pulverulentos y granulares. Los sistemas transportadores neumáticos, pueden ser accionados a alta presión. Los requisitos del sistema son una fuente de gas comprimido, generalmente un dispositivo de aire, y un receptor para desacoplar el material transportado y el gas portador. El sistema está totalmente cerrado, puede funcionar completamente sin que las partes móviles entren en contacto con el material transportado. Se pueden usar presiones negativas para transportar materiales. (Mills, 2004) Este proceso se basa en almacenar una determinada cantidad de fibra siliconada en una tolva, en la salida se conecta una manguera que, por medio de una turbina centrifuga, envía la fibra a la sección de separación, que es activada por medio de un controlador a medida que se vaya agotando el relleno. VENTAJAS:

- Reduce la posibilidad de pérdida de material. - Altas capacidades de almacenamiento - Al no tener partes móviles como (rodillos, bandas, rodamientos, hélices, etc.),

hace que este sistema tenga un mínimo mantenimiento, reduciendo así los tiempos de parada y riesgos laborables.

- Este método permite una alimentación automática de la fibra, disminuyendo las paradas para introducir el relleno a la tolva.

- Al aplicar este proceso se obtendrá un control en la cantidad de fibra siliconada que hay en el interior de la máquina.

DESVENTAJAS:

- Se puede presentar la degradación de partículas y el desgaste erosivo de las curvas de tuberías.

- Debido a la alta velocidad del aire, los requerimientos de energía eléctrica también son altos.

- Para llevar a cabo este proceso, se requiere de elementos adicionales como una turbina centrífuga comercial, un sistema de mangueras y un controlador, lo que hace que esta alternativa requiera un presupuesto elevado.

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3.1.3 Compuerta La compuerta está ubicada en la parte superior de la máquina, permitiendo el abastecimiento manual de la fibra directamente a la sección de separación, en determinados intervalos de tiempo a medida que se va agotando el relleno. VENTAJAS:

- Este sistema permite una fácil construcción, y la estructura de la máquina es más simple, lo que requiere un bajo mantenimiento.

- No hay pérdida de material por que la fibra ingresa directamente a la sección de separación.

- No consume energía eléctrica. DESVENTAJAS:

- Se necesita de una recarga manual constante de la fibra siliconada a medida que se va agotando, esto hace que el operario tenga que dejar su puesto de trabajo muy seguido para realizar la carga.

- Para realizar la carga del material es necesario apagar la máquina, ya que la fibra se introduce directamente a la sección de separación.

- La capacidad de almacenamiento es equivalente a la capacidad de la máquina.

3.2 SISTEMA DE SEPARACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA La fibra siliconada al tener una textura similar a la del algodón, necesita pasar por un proceso de abertura y separación para que posteriormente se dosifique fácilmente. 3.2.1 Separador de cinta El separador de cinta se compone de un tanque y una lámina helicoidal como se puede observar en la Figura 14. La capa exterior de la lámina helicoidal cumple con la función de unificar la fibra que se encuentra en los extremos, mientras que la lámina interior sirve para exponer el material a la parte central para direccionarla a la sección de dosificado.

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Las cintas helicoidales están montadas sobre un mismo eje, este es el que les dará el movimiento. Figura 14: Lámina Helicoidal.

Fuente: (Mill, 2017) VENTAJAS:

- Bajo consumo de energía eléctrica. - Este diseño impide que se acumule la fibra, y mezcla el relleno.

DESVENTAJAS:

- Difícil limpieza. 3.2.2 Separador de palas El separador de palas o paletas es adecuado para productos pesados, viscosos, pastosos, grumosos y de alto contenido de humedad. En la Figura 15 se puede observar que tiene un sistema constituido principalmente por paletas que rompen las partículas del producto con su constante golpeteo y amasado.

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Figura 15: Separador de palas o paletas.

Fuente: (Maquinariapulvex, 2017) VENTAJAS:

- Consumo de energía eléctrica. - Impide que la fibra se enrede.

DESVENTAJAS:

- Para evitar que se enrede se hace necesario implementar unas cerdas auxiliares en la máquina para que se intercalen con las palas del eje.

3.2.3 Circulación neumática Este sistema consiste en una estructura cilíndrica, que con ayuda de aire comprimido hace que la fibra siliconada circule en su interior. Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con ayuda de cilindros neumáticos en algunos casos y motores neumáticos y se aplican en herramientas, válvulas de control y posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales, frenos neumáticos, entre otros.

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VENTAJAS:

- No requiere ningún sistema mecánico. - No hay riesgo de explosión. - Transmite energía a grandes distancias. - Fácil mantenimiento.

DESVENTAJAS:

- Consumo de energía neumática. - No se puede obtener una velocidad estable. - Posibilidad de fugas.

3.2.4 Sistema de cardado El sistema de cardado es un conjunto de operaciones mecánicas y sucesivas que se realizan con el fin de abrir, separar, paralelizar y limpiar en forma progresiva las fibras, para finalmente producir una mecha o cinta. Figura 16: Cardadora

Fuente: (Ovelana, 2019)

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VENTAJAS:

- Abre, paraleliza e individualiza las fibras. - Limpia la fibra de cualquier residuo. - Consumo de energía eléctrica.

DESVENTAJAS:

- Forma la fibra en cinta o mecha, y se pueden producir enredos en las fibras cortas no mayores a 3 mm.

3.3 SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE LA SECCIÓN DE SEPARACIÓN El sistema de transmisión es el encargado de ejercer un cambio en la velocidad rotacional del eje que conforma la transmisión, para que el eje de salida que en este caso es el encargado de la separación de la fibra, trabaje a menor velocidad que la generada por el motor eléctrico. 3.3.1 Sistema de bandas Si se tiene una alta velocidad del motor las transmisiones por banda son ideales para la primera etapa de reducción. Al eje del motor se fija una polea pequeña, mientras que en un eje final se monta una polea de mayor diámetro que funciona a la velocidad menor correspondiente. (Mott, 2006) VENTAJAS:

- Fácil construcción. - Las poleas son de fácil adquisición comercial. - Las transmisiones por bandas se aplican cuando las velocidades de rotación

son relativamente altas. - Si se aplica la reducción de transmisión por bandas en la primera etapa de

reducción, se obtienen como resultado fuerzas de tensión relativamente pequeñas en la banda.

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DESVENTAJAS:

- La distancia entre centros de las poleas puede presentar problemas de espacio por la longitud de la banda.

- A menores velocidades, la tensión en la banda se vuelve demasiado grande para las secciones transversales típicas en las bandas, y puede haber deslizamiento entre los lados de la banda y las ranuras de la polea que la conduce.

- A mayores velocidades existen efectos dinámicos, como fuerzas centrifugas, los golpes que pueden sufrir las bandas, y vibraciones que reducen la eficiencia y la duración de la transmisión.

3.3.2 Sistema de piñones El sistema de engranajes es similar al de ruedas de fricción. La diferencia estriba en que la transmisión simple por engranajes consta de una rueda motriz con dientes en su periferia exterior, que engrana sobre otra similar, lo que evita el deslizamiento entre las ruedas. Al engranaje de mayor tamaño se le denomina rueda y al de menor tamaño piñón. (Mott, 2006) VENTAJAS:

- A diferencia de los sistemas de correa-polea y cadena-piñón, este no necesita ningún operador (cadena o correa) que sirva de enlace entre las dos ruedas.

- Los dientes de los engranajes son diseñados para permitir la rotación uniforme (sin saltos) del eje conducido.

- El eje de salida del reductor de engranes está a baja velocidad y tiene gran par de torsión.

- Los reductores de engranes son preferibles cuando se requieren relaciones de reducción muy grandes.

DESVENTAJAS:

- Construcción compleja y detallada.

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3.3.3 Sistema de cadena Mediante este sistema se consigue transmitir potencias relativamente altas entre dos ejes distantes entre sí, sin que exista apenas resbalamiento o desprendimiento entre las dos ruedas de piñones y la cadena, que es el elemento de enlace que une ambas ruedas. Este sistema consta de dos ruedas dentadas (piñones) montados sobre dos ejes paralelos y sobre las cuales se adentran los eslabones flojamente articulados que componen la cadena, de manera que al hacer girar una de ellas (rueda motriz) arrastra a la otra (rueda conducida). El movimiento rotatorio y el movimiento de torsión se transmiten entre ejes por la tracción entre la cadena y las ruedas dentadas. (Mott, 2006) VENTAJAS:

- Son adecuadas cuando se requiere una baja velocidad y gran par de torsión, ya que causa grandes fuerzas de tensión en la cadena.

- Los elementos de la cadena con metálicos, y sus dimensiones resisten grandes fuerzas.

- Los eslabones de las cadenas engranan en los piñones, para formar un accionamiento mecánico teniendo en cuenta las condiciones de baja velocidad y gran par de torsión.

DESVENTAJAS:

- Se debe asegurar que la cadena este lo suficientemente tensa, lo cual se consigue a base de ruedas tensoras dentadas.

- Difícil construcción. - Lubricación constante, para reducir el deterioro y el desajuste entre la cadena

y los piñones, así como el funcionamiento ruidoso de éste. 3.4 SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA El sistema de dosificación es el encargado de transferir la fibra siliconada que viene del proceso de separación, a las diferentes boquillas para rellenar el producto

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dependiendo de su complejidad, buscando mejorar los tiempos de producción y disminuir la carga laboral al operario. 3.4.1 Tornillo sin fin helicoidal Los transportadores de tornillo sin fin son instalaciones transportadoras para materiales a granel, que se basan en el principio de funcionamiento del tornillo de Arquímedes. El elemento transportador es un metal plano moldeado en forma de hélice. Está rota alrededor del eje longitudinal y transporta el material a granel en una artesa o un tubo en reposo en dirección axial, que a su vez sirve como elemento portante. Es posible transportar el material en dirección horizontal, vertical o en un plano inclinado. Los transportadores de tornillo sin fin tienen una estructura sencilla, pero su uso solo es razonable para longitudes de transporte relativamente cortas. (Mott, 2006) VENTAJAS:

- Son compactos. - Consumo de energía eléctrica.

DESVENTAJAS:

- Volumen de material bajo. - La fibra se puede acumular en la salida, dependiendo de la boquilla.

3.4.2 Aire comprimido Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con ayuda de cilindros neumáticos en algunos casos, motores neumáticos, y se aplican en herramientas, válvulas de control y posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales, frenos neumáticos, entre otros. La neumática requiere de una estación de generación y preparación del aire comprimido formado por un compresor de aire, un depósito, un sistema de preparación del aire (filtro, lubricador y regulador de presión), una red de tuberías para llegar al utilizador y un conjunto de preparación del aire para cada dispositivo

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neumático individual. Se complementan con los sistemas eléctricos y electrónicos. (Solé, 2007) VENTAJAS:

- No requiere ningún sistema mecánico. - Se puede transmitir energía a grandes distancias. - Fácil mantenimiento. - Bajo riesgo de acumular la fibra siliconada en la boquilla.

DESVENTAJAS:

- Consumo de energía neumática. - No se puede obtener una velocidad estable. - Posibilidad de fugas.

3.5 SISTEMA DE CONTROL DEL PROCESO El sistema de accionamiento del proceso es el encargado de control y seguridad de las fuentes de energía, funcionamiento de los actuadores y la lectura de los sensores. 3.5.1 Controlador lógico programable El controlador lógico programable ofrece la flexibilidad y capacidad de controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas tareas de automatización. La CPU incorpora un microprocesador, una fuente de alimentación integrada, así como circuitos de entrada y salida. Una vez cargado el programa en la CPU, ésta contiene la lógica necesaria para vigilar y controlar los dispositivos de la aplicación. La CPU vigila las entradas y cambia el estado de las salidas según la lógica del programa de usuario, que puede incluir lógica booleana, instrucciones de conteo y temporización, funciones matemáticas complejas, así como comunicación con otros

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dispositivos inteligentes. (SIEMENS, 2009) VENTAJAS:

- Es capaz de controlar una gran variedad de aplicaciones. - En la implementación permite informar el estado del proceso en tiempo real. - Tiene certificación industrial, y características de seguridad. - Grado de protección NEMA 12: Uso industrial. Un gabinete diseñado para

usarse en industrias en las que se desea excluir materiales tales como polvo, pelusa, fibras y filtraciones de aceite o líquido enfriador. (BIT, 2002)

DESVENTAJAS:

- Programación en Ladder, Estructura de texto, instrucción de lista y GRAFCET.

3.5.2 Placa de desarrollo ARDUINO Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador Atmel AVR, puertos de comunicación, puertos de entrada/salida y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. (Arduino, 2017) VENTAJAS:

- El software Arduino (IDE) se ejecuta en cualquier sistema operativo. - El entorno de programación es sencillo y claro. - Software de código abierto y extensible, su lenguaje se puede expandir a

través de las bibliotecas C++ o AVR-C, hardware extensible.

DESVENTAJAS:

- Para garantizar un grado de protección IP o NEMA al Arduino es necesario agregar una caja de protección en acrílico.

- Trabaja con voltajes de 5 a 12 V, y baja corriente, 50 mA

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3.5.3 Funcionamiento de la máquina por contactores El contactor es un aparato eléctrico, que puede cerrar o abrir circuitos, ya sea en vacío o en carga. Es la pieza clave del automatismo en el motor eléctrico. Su principal aplicación es la de efectuar maniobras de apertura y cierra de circuitos relacionados con instalaciones de motores. Un contactor está formado por una bobina y unos contactos, que pueden estar abiertos o cerrados, y que hacen de interruptores de apertura y cierre de la corriente en el circuito. La bobina es un electroimán que acciona los contactos, abriendo los cerrados y cerrando los contactos abiertos. Cuando le deja de llegar corriente a la bobina los contactos vuelven a su estado de reposo. VENTAJAS:

- Tolera altas corrientes. - Protege el receptor contra las caídas de tensión importantes. - Gran resistencia a choques y vibraciones.

DESVENTAJAS:

- Cableado extenso. - Necesidad de elementos de protección externos - Control semiautomático.

3.6 CALIFICACIÓN DE ALTERNATIVAS La calificación de alternativas se lleva a cabo con un valor de 1 a 5, cuya distribución se explicará en cada factor, y los parámetros que se tuvieron en cuenta para determinar la alternativa final de cada subsistema. 3.6.1 Sistema de alimentación de la fibra siliconada Para el sistema de alimentación se tienen en cuenta los siguientes factores:

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A. Mantenimiento: Se evalúa qué tan sencillo o complejo puede ser el mantenimiento de los componentes de la alternativa. Siendo 1 el de mayor y 5 el de menor grado de dificultad.

B. Riesgo laboral: Se valora el nivel de riesgo laboral que se presenta en esta operación. Siendo 1 el de mayor nivel y 5 el que no presenta riesgos.

C. Tiempo de parada: Se evalúa el número de veces que el operario debe interrumpir su labor para introducir la materia prima a la máquina y si es necesario apagar la máquina. Siendo 1 el de mayor y 5 el de menor número de veces.

D. Capacidad de almacenamiento: Se estima la cantidad de fibra siliconada que se puede procesar hasta que sea necesario hacer una parada para introducir material. Siendo 1 el de menor y 5 el de mayor cantidad.

E. Tipo de alimentación: Se aprecia el nivel de automatización que se tiene para el ingreso de la fibra a la máquina. Siendo 1 de modo manual y 5 de modo automático.

F. Control de cantidad de fibra: Se evalúa la capacidad de cuantificar el material que ingresa a la máquina. Siendo 1 el que no tiene capacidad de cuantificar y 5 el de mayor capacidad.

G. Consumo de energía: Se determina según el tipo de energía que consume el sistema. Siendo 1 el de mayor y 5 el de menor consumo.

Finalmente, se realiza el promedio de los parámetros de evaluación que irá ubicado en el total, para así determinar cuál es la alternativa escogida. Tabla 9: Calificación de alternativas.

ALTERNATIVAS PARÁMETROS DE EVALUACIÓN

TOTAL A B C D E F G

Tolva 4 3 3 4 2 3 3 3.14

Transporte neumático 2 4 4 4 5 5 1 3.57

Compuerta 4.5 2 2 2 1 2 5 2.64


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En la Tabla 9 se realizó la calificación de cada una de las alternativas ya explicadas. Para mayor facilidad de lectura se sombreó la alternativa de valor más alto, determinando así, que esta será la propuesta seleccionada para el subsistema de alimentación de la fibra siliconada. Se estima que la alternativa de transporte neumático es mejor, ya que cuenta con los parámetros adecuados para el continuo funcionamiento del subsistema, y a su vez tiene mayor flexibilidad para tener el control de la cantidad de fibra durante el proceso. 3.6.2 Sistema de separación de la fibra siliconada Para el sistema de separación se tienen en cuenta los siguientes factores:

A. Mantenimiento: Se evalúa que tan sencillo o complejo puede ser el mantenimiento de los componentes de la alternativa. Siendo 1 el de mayor y 5 el menor grado de dificultad.

B. Calidad de la fibra: Se evalúa la calidad de separación de la fibra siliconada, si se efectúa por un proceso de cepillado o de mezcla. Siendo 1 el de menor y 5 el de mayor el de baja calidad.

C. Consumo de energía: Se determina según el tipo de energía que consume el sistema. Siendo 1 el de mayor y 5 el de menor consumo.



TOTAL A B C

Separador de cinta 2 3 4 3

Separador de palas 2 4 4 3.66

Circulación neumática 1 2 2 1.66

Sistema de cardado 1 4 3 2.66


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En la Tabla 10 se realizó la calificación de cada una de las alternativas ya explicadas. Para mayor facilidad de lectura se sombreó la alternativa de valor más alto, determinando así, que esta será la propuesta seleccionada para el subsistema de separación de la fibra siliconada. Se establece que la alternativa de separador de palas es mejor, ya que cuenta con los parámetros adecuados para la separación de la fibra, esperando se tenga un mejor aprovechamiento de la fibra siliconada. 3.6.3 Sistema de transmisión para la sección de separación Para el sistema de transmisión de la sección de separación se tienen en cuenta los siguientes factores:

A. Adquisición comercial: Se evalúa teniendo en cuenta los elementos de uso comercial que contiene cada alternativa. Siendo 1 el de menor y 5 el de mayor adquisición.

B. Tamaño: Se determina según la distancia de centros de los elementos, por temas del aprovechamiento del espacio de la máquina. Siendo 1 el de menor y 5 el de mayor aprovechamiento.



TOTAL A B

Sistema de bandas 3.6 4 3.8

Sistema de piñones 2 2 2

Sistema de cadena 4 4 4


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En la Tabla 11 se realizó la calificación de cada una de las alternativas ya explicadas. Para mayor facilidad de lectura se sombreó la alternativa de valor más alto, determinando así, que esta será la propuesta seleccionada para el subsistema de transmisión para la sección de separación de la fibra siliconada. Se aprecia que la alternativa de sistema de cadena es mejor, ya que cuenta con los parámetros adecuados al obtener un aprovechamiento del espacio de la máquina. 3.6.4 Sistema de dosificación de la fibra siliconada Para el sistema de dosificación de la fibra siliconada se tienen en cuenta los siguientes factores:

A. Mantenimiento: Se evalúa que tan sencillo o complejo puede ser el mantenimiento de los componentes de la alternativa. Siendo 1 el de mayor y 5 el menor grado de dificultad.

B. Consumo de energía: Se determina según el tipo de energía que consume el

sistema. Siendo 1 el de mayor y 5 el de menor consumo.

C. Aprovechamiento de material: Se tiene en cuenta la capacidad de dosificar el material aumentando su volumen. Siendo 1 el menor y 5 el de mayor capacidad.



TOTAL A B C

Tornillo sin fin 3 4 2 3

Aire comprimido 2 3 5 3.33


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En la Tabla 12 se realizó la calificación de cada una de las alternativas ya explicadas. Para mayor facilidad de lectura se sombreó la alternativa de valor más alto, determinando así, que esta será la propuesta seleccionada para el subsistema de dosificación de la fibra siliconada. Se considera que la alternativa de aire comprimido es mejor, ya que cuenta con los parámetros adecuados al obtener un aprovechamiento del material al combinar el aire con la fibra se genere un mayor volumen. 3.6.5 Sistema de accionamiento del proceso Para el sistema de accionamiento del proceso se tienen en cuenta los siguientes factores:

A. Tipo de lógica: Se evalúa la complejidad del tipo de lógica que se va a

implementar. Siendo 1 el de mayor y 5 el menor grado de dificultad.

B. Grado de protección: Se determina según el grado de protección a los factores ambientales, industriales que puedan llegar a afectar los dispositivos. Siendo 1 el de menor y 5 el de mayor grado de protección.

C. Flexibilidad: Se tiene en cuenta la flexibilidad a nivel industrial y la necesidad de instrumentar el proceso. Siendo 1 el menor y 5 el de mayor flexibilidad.



TOTAL A B C

Controlador Lógico Programable PLC 3 4 4 3.66

Placa de desarrollo ARDUINO 4.5 2 3.5 3.33

Funcionamiento de la máquina por contactores

2 4 2 2.66


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En la Tabla 13 se realizó la calificación de cada una de las alternativas ya explicadas. Para mayor facilidad de lectura se sombreó la alternativa de valor más alto, determinando así, que esta será la propuesta seleccionada para el subsistema de accionamiento del proceso. Se establece que la alternativa del Controlador Lógico Programable PLC es la mejor, ya que cuenta con un alto grado de protección y mayor flexibilidad para trabajarlo a nivel industrial. 3.7 DESCRIPCIÓN DE SUBSISTEMAS Partiendo de la calificación de alternativas, se establece que la integración final de los subsistemas de la máquina se realiza de la siguiente manera: La fibra siliconada almacenada en una tolva de unas dimensiones aproximadas para tener una capacidad de 10 kg, ingresa automáticamente por medio de una turbina que la impulsa a medida que se va agotando el relleno en el interior de la máquina, es transportada a la sección de separación, la cual funciona gracias a un sistema de cadena, el cual transmite la potencia del motor ubicado en la parte inferior, permitiendo el movimiento giratorio del separador de palas, el cual es el encargado de la abertura de la fibra, con ayuda de unas cerdas auxiliares colocadas estratégicamente y se intercalen con las de las palas del eje, direccionándola a la parte central de la máquina, donde se encuentra un compartimiento en el cual se da paso al aire comprimido por medio del accionamiento de un pedal. Este permite que se dosifique la fibra, por medio de las diferentes boquillas, dependiendo del producto que se desea rellenar. El accionamiento de la máquina se realiza por medio de un Controlador Lógico Programable, que es el encargado del funcionamiento de los diferentes actuadores como el compresor, el motor para la separación y la turbina de alimentación, y de los sensores necesarios para la seguridad del proceso, y a su vez se tiene el control de la cantidad de fibra que sale por las boquillas, y con esta información dar accionamiento a la etapa de alimentación.

35

4 DISEÑO DE EXPERIMENTOS En un diseño experimental se manipulan una o más variables, vinculadas a las causas, para medir el efecto que tienen en otra variable de interés. Es necesario prescribir una serie de pautas relativas a las variables a manipular, de qué manera, cuántas veces hay que repetir el experimento y en qué orden se puede establecer una presunta relación causa efecto. (Ramón, 2012) Para este proyecto se encontraron dos variables, para las cuales, es necesario determinar su magnitud apropiada, ya que son fundamentales para el diseño de cada uno de los subsistemas que componen la máquina, y son: la presión con que se impulsa la fibra y la fuerza necesaria para separar la fibra. Para conocer el comportamiento de estas variables respecto a la fibra siliconada, se requiere realizar dos diseños de experimentos, el primero para determinar la presión, consiste en ubicar una cantidad de fibra siliconada en el interior de una botella plástica aplicando aire comprimido por medio de una manguera, variando la presión y tomando el tiempo empleado para que la fibra sea expulsada por la boquilla, y así determinar el valor de la presión de trabajo adecuada. Para la segunda variable, el proceso se basa en el cardado textil, en el que se diseña un prototipo de cepillo o carda en madera, con diferentes tipos y tamaños de cerdas que para este caso son puntillas y tornillos. Variando la distancia entre estas, se toman diferentes cantidades de relleno, y se determinan las cuatro distancias entre cerdas que se van a trabajar, de igual forma se debe acoplar un gancho en el cepillo como soporte para colocar las pesas, para así determinar la fuerza necesaria para separar correctamente la fibra siliconada, debido a que no se encuentra información específica, que permita realizar cálculos. 4.1 ENSAYO 1: PRESIÓN DE TRABAJO El objetivo principal de este experimento es determinar la presión necesaria para impulsar de 2 a 10 g de fibra siliconada, dentro de un rango de tiempo adecuado para los parámetros de diseño establecidos para la complejidad del muñeco a rellenar.

36

Procedimiento: Primero se tienen en cuenta los valores obtenidos en la sección 2.2 de este documento. Es importante conocerlos, para poder cerciorarse de que en las pruebas que se realizan a continuación, se pueda impulsar la fibra en los rangos de tiempo obtenidos en el capítulo 2, sección 2.2 de este documento para cada grado de complejidad del muñeco a rellenar. Segundo, se toman diferentes cantidades de relleno es decir 2, 4, 6, 8 y 10g, previamente pesadas, y se escogen dos diámetros de manguera que son 6.35mm y 3.175mm, las boquillas se simularon con ayuda de dos botellas diferentes la primera mide 0.25 m de largo y la boca de 0.0375 m de diámetro y la segunda mide 0.24 m de largo y la boca de 0.02 m de diámetro, y los valores de presión que se van a trabajar son 400, 500, 600, 700 y 800 kPa, y así observar su comportamiento, como se observa en la Figura 17. Figura 17: Diseño CAD del experimento (A) Botella 1 (B) Botella 2.

(A)

(B)

Fuente: Autores.

37

Para llevar a cabo este experimento, se hace uso dos botellas de diferentes tamaños, los cuales se pueden observar en los anexos 2 y 3, a las que se les abre un agujero en la base como se observa en las Figuras 18 y 19, para poder acoplar la manguera, posteriormente se ingresa la fibra siliconada separada según la cantidad 2, 4, 6, 8 y 10 g, y se varía la presión para los valores estipulados, y determinar el tiempo en que tarda la fibra siliconada en salir del recipiente. Figura 18: Experimento botella 1

Fuente: Autores. Figura 19: Experimento botella 2.

Fuente: Autores.

38

Tanto la botella 1 como la 2, tienen diferencias físicas como: el diámetro de la boca, la forma y el volumen del cuerpo, estas diferencias se ven reflejadas en el análisis funcional ya que, si el tamaño de la botella es muy grande en relación al diámetro de la boca, el aire tarda más tiempo en ocupar el volumen de la botella para generar una fuerza de salida, además que los cambios grandes de diámetro generan pérdidas de presión y en la práctica del experimento, se evidencia que la fibra sale por la boca sin fuerza, también se evidenció que si la boca de la botella es pequeña la fibra se obstruye. Por este motivo se selecciona la botella N°1 porque permite la fluidez de la fibra de dentro hacia afuera, y el experimento se realiza para dos tipos de manguera de poliuretano de 3.175 mm y de 6.35 mm, con el objetivo de seleccionar la adecuada. Por lo tanto, los valores obtenidos para la manguera de poliuretano con un diámetro de 3.175mm y la botella 1, se pueden observar en la Tabla 14. Tabla 14: Tiempos (s) obtenidos según el peso de la fibra y presión.

Presión (kPa) Peso (g)

400 500 600 700 800

2 - 6 4 2.5 x

4 - 15 9 7 x

6 - - 15 13 x

8 - - - 18 x

10 - - - - x

Nota: El diámetro de la manguera es de 3,175 mm. Elaborado por los autores. En la Tabla 14, se puede observar datos nulos (-) donde la presión no es suficiente para impulsar la fibra, y datos no obtenidos (x) ya que para el diámetro de manguera de 3.175 mm se pierde presión.

39

Figura 20: Tiempos obtenidos según el peso de la fibra y presión.

Elaborado por los autores. Se puede analizar en la figura 20, que para una presión de 700 kPa con una manguera de 3.175mm, si es posible impulsar una cantidad de 8 g de fibra, pero en un tiempo de 18 s. Posteriormente, se toman los valores para la manguera de poliuretano con un diámetro de 6.35mm y la botella 1, se pueden observar en la Tabla 15. Tabla 15: Tiempos (s) obtenidos según el peso de la fibra y presión.

Presión (kPa)

Peso (g) 400 500 600 700 800

2 4 3 1 0.7 0.4

4 - 6 3 2 1

6 - 11 8 3.5 1.7

8 - - 15 5 2.5

10 - - - 7 3

400500

600700

800

02468

101214161820

2 4 6 8 10

Pre

sió

n (

kPa)

Tiem

po

(s)

Peso (g)

Tiempo en función de presión y peso de la fibra

400 500 600 700 800

40

Nota: El diámetro de la manguera es de 6,35 mm. Elaborado por los autores. En la Tabla 15, se puede observar datos nulos (-) donde la presión no es suficiente para impulsar la fibra. Figura 21: Tiempos (s) obtenidos según la cantidad de fibra y presión.

Elaborado por los autores. Se puede analizar en la Figura 21, que para una presión de 800 kPa permite impulsar una cantidad de 10 g de fibra, en un tiempo de 3 s.

400

500

600

700

800

0

2

4

6

8

10

12

14

16

2 4 6 8 10P

resi

òn

(kP

a)

Tiem

po

(s)

Peso (g)

Tiempo en función de presión y peso de la fibra

400 500 600 700 800

41

En la Tabla 16, se puede observar datos del flujo de relleno en función de la cantidad de fibra siliconada y la presión. Tabla 16: Flujo de relleno según la cantidad de fibra y la presión.

Presión (kPa)

Peso (g ) 400 500 600 700 800

2 0.5 0.66 2.02 2.85 5

4 - 0.66 1.3 2 4

6 - 0.54 0.75 1.7 3.5

8 - - 0.53 1.6 3.2

10 - - - 1.4 3.2

Nota: El diámetro de la manguera es de 6,35 mm. Elaborado por autores. Figura 22: Flujo de relleno según la presión y la cantidad a impulsar.

0

1

2

3

4

5

6

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flu

jo(g

/s)

Peso (g)

Comportamiento presión respecto al punto de referencia

400 KPa 500 KPa 600 KPa 700 KPa 800 KPa REF

42

En la Figura 22 se ilustra una referencia (REF) que es la máxima productividad en el ensayo realizado para el relleno manual. La comparación de los datos obtenidos con esta referencia permite conocer los valores que hacen que el sistema de dosificado sea más eficiente que hacerlo de forma manual. Con los datos obtenidos, se determina que para la manguera de 6.35 mm y la botella 1, la presión funcional es de 600 a 800 kPa, ya que al tener un valor de 600 kPa solo se supera la referencia al dosificar 2g de relleno, para 700 kPa se logra hasta 4g y cuando la presión es de 800 kPa se puede impulsar la fibra de 2 a 10g cumpliendo los parámetros de diseño establecidos en la sección 2.2 de este documento. 4.2 ENSAYO 2: FUERZA DE SEPARACIÓN DE LA FIBRA SILICONADA El objetivo de este experimento es determinar la fuerza necesaria para separar correctamente la fibra siliconada. Se espera determinar la separación entre dientes en la que se minimice la fuerza y se evidencie una adecuada separación de la fibra. Procedimiento: Para el desarrollo de este experimento se basa en el proceso del cardado textil, en el que se diseña un prototipo de cepillo o carda en madera, con diferentes tipos y tamaños de cerdas, como lo son las puntillas y tornillos, variando la distancia entre estas. El cepillo diseñado se puede observar en la Figura 23 y en el Anexo 4. Segundo, se toman diferentes cantidades de relleno previamente pesadas, y se determinan las distancias entre cerdas que se van a trabajar. Para describir el experimento se tienen en cuenta los datos donde los cambios son significativos. En el cepillo se debe acoplar un gancho como soporte para colocar las pesas. Posteriormente, se ingresa la fibra siliconada según la cantidad, y se van colocando las pesas aumentando el peso en 100g, hasta lograr la separación de la fibra. Por lo tanto, los valores obtenidos para el cepillo que tiene cerdas con tornillo hexagonal, se pueden observar en la Tabla 17.

43

Figura 23: Diseño CAD del cepillo.

Fuente: Autores. Tabla 17: Masa de las pesas (kg) obtenidas.

Separación cerdas (mm)

Peso (g)

10 15 20 25

2 3,2 1,7 1 0,7

3 6,8 2,3 1,9 1,1

4 9,4 6,7 4,4 2,3

5 12 8,5 5,2 3,6

Nota: Para el cepillo con tornillo hexagonal. Elaborado por los autores. En la Tabla 17, se puede observar la masa de las pesas necesarias para cada cantidad y distancia de separación entre cerdas, para lo cual es necesario calcular la fuerza con la ecuación 4.1.

𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑔 4.1

44

Dónde: F = fuerza (N) m = masa de las pesas implementadas para el experimento (kg) g = gravedad (9.8 m/s2) En la Tabla 18, se pueden observar las fuerzas necesarias para obtener la separación de la fibra siliconada, a partir de la calibración con las pesas realizadas en el experimento, como se puede observar en la figura 23, para el cepillo con tornillo hexagonal. Tabla 18: Fuerzas (N) obtenidas para la separación entre cerdas.


Peso (g)

10 15 20 25

2 31,36 16,66 9,8 6,86

3 66,64 22,54 18,62 10,78

4 92,12 65,66 43,12 22,54

5 117,6 83,3 50,96 35,28

Nota: Para el cepillo con tornillo hexagonal Elaborado por los autores. Posteriormente, los valores obtenidos para el cepillo que tiene cerdas con clavo galvanizado, se pueden observar en la Tabla 19. Tabla 19: Masa de las pesas (kg).


Peso (g)

10 15 20 25

2 2,4 1,1 0,5 0,25

3 4 2,7 1,3 0,55

4 6,6 4,2 3,1 1,5

5 10,1 7,3 5,4 2,8

Nota: Para el cepillo con calvo galvanizado.

45

En la Tabla 20, se pueden observar las fuerzas necesarias para obtener la separación de la fibra siliconada, a partir de la calibración con las pesas realizadas en el experimento, como se puede observar en la figura 23, pero esta vez para el cepillo con cerdas de clavo galvanizado. Tabla 20: Fuerzas (N) obtenidas para la separación entre cerdas.


Peso (g)

10 15 20 25

2 23,52 10,78 4,9 2,45

3 39,2 26,46 12,74 5,39

4 64,68 41,16 30,38 14,7

5 98,98 71,54 52,92 27,44

Nota: Para el cepillo con clavo galvanizado. Elaborado por los autores. Los resultados del experimento muestran que el mejor tipo de cerda es el clavo galvanizado, ya que con el tornillo hexagonal la fibra siliconada tiende a enredarse y se necesita menos fuerza para cualquiera de los dos parámetros que se tienen en cuenta es decir la cantidad de relleno y la distancia entre cerdas. Se establece que la distancia entre cerdas adecuada es de 20mm, ya que la separación de la fibra es apropiada y la fuerza necesaria es menor de 52.92N, también se observa que si la distancia supera los 20 mm no se obtiene una correcta separación y la fibra tiene mucho espacio para pasar sin hacer la ruptura necesaria.

46

5 DISEÑO DEL SISTEMA DE SEPARACIÓN Y TRANSMISIÓN En esta sección se realiza el diseño del sistema de separación y transmisión que le permite a la fibra siliconada pasar por un proceso de abertura y separación para que se pueda dosificar fácilmente. Es necesario diseñar el sistema de transmisión que es el encargado de ejercer un cambio en la velocidad rotacional del eje que conforma la transmisión, para que el eje de salida que en este caso es el encargado de la separación de la fibra trabaje a menor velocidad que la generada por el motor eléctrico. 5.1 ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN CADA PALA Teniendo en cuenta los valores obtenidos en la sección 4.2 de este documento, relacionados a la fuerza que cada pala debe ejercer para separar la fibra siliconada que es de 52.92 N, se procede a realizar el análisis de esfuerzos en cada pala. Este tipo de esfuerzo es debido a flexión, ya que soporta una carga transversal a su eje, ubicada en la parte más alejada del eje neutro de la sección, como se observa en el diagrama de cuerpo libre de la Figura 24. Figura 24: Diagrama de cuerpo libre.


47

La fuerza ejercida (F) es de 52.92 N, la longitud (L) del eje es de 0.3146 m que equivalen al cilindro según lo considerado en el almacenamiento de los 5 kg de fibra separada con un radio (r) por hallar. Posteriormente, se procede a realizar el diagrama de fuerza cortante y momento flector como se puede observar en la Figura 25. El valor del momento flector se halla con la ecuación 5.1 (Mott, 2006).

𝑀 = 𝐹 ∗ 𝐿 5.1

𝑀 = 52.92 ∗ 0.3146 = 16.64 𝑁𝑚 Dónde: F = Fuerza ejercida en la sección transversal (N). L = Longitud del eje (m). M = Momento flector (N-m) Fuente: (Mott, 2006). Figura 25: Diagramas de fuerza cortante y momento flector.


48

Cálculo del diámetro: El material elegido para mecanizar las palas es un Acero AISI 1040, el cual tiene ciertas propiedades mecánicas de las cuales para el cálculo del diámetro de cada

pala se debe primero obtener la resistencia modificada (𝑆𝑛′), para lo cual es

necesario conocer la resistencia a la tensión (𝑆𝜇) de 80 KSI (552 MPa), la

resistencia de fluencia (𝑆𝑦) de 71 KSI (490 MPa) y, con este último y mediante la

figura 26 se puede estimar que la resistencia a la fatiga (𝑆𝑛) es de 30 KSI (207 MPa).

Fuente: (Mott R. L., 2006)

Figura 26: Resistencia a la fatiga Sn.

Fuente: (Mott, 2006) Se elige el acero AISI 1040 debido a su gran oferta en el mercado y economía, de igual forma debe ser estirado en frio debido a que este proceso aumenta las propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción. Para seleccionar el factor

por tamaño (𝐶𝑆 ) se tomó como referencia la Figura 27 donde se espera que el diámetro máximo de la pala sea de 40 mm o 1.57 pulgadas obteniendo un 𝐶𝑆 =0.833 .

49

Figura 27: Factor por tamaño.

Fuente: (Mott, 2006)

Para seleccionar un factor de confiabilidad (𝐶𝑅 ) se tiene en cuenta la tabla 21. Tabla 21: Factor de confiabilidad

Confiabilidad deseada CR

0.50 1.0

0.90 0.90

0.99 0.81

0.999 0.75

Fuente: (Mott, 2006) El valor usual de confiabilidad para el diseño de este tipo de elementos es de 0.90, pero para tener un mayor valor de confiabilidad se utiliza una confiabilidad deseada

de 0.99, lo que define el factor de confiabilidad (𝐶𝑅 ) en 0.81

Por medio de la ecuación 5.2 se calcula la resistencia a la fatiga modificada (𝑆𝑛′).

𝑆𝑛′ = 𝑆𝑛𝐶𝑅𝐶𝑆 𝑆𝑛

′ = 207 ∗ 0.81 ∗ 0.833 = 139.66 𝑀𝑃𝑎 5.2

50

Se obtiene que la fatiga modificada es de 139.66 MPa. Para calcular el diámetro en cada uno de los puntos, se va a hacer uso de la siguiente ecuación:

𝐷 = [(32 ∗ 𝑁

𝜋) √(

𝐾𝑡 ∗ 𝑀

𝑆𝑛′)

2

+ 3

4(

𝑇

𝑆𝑌)

2

]

13

5.3

Como no se tiene momento torsor la ecuación queda de la siguiente forma:

𝐷 = [(32 ∗ 𝑁

𝜋) √(

𝐾𝑡 ∗ 𝑀

𝑆𝑛′)

2

]

13

Donde: D = Diámetro de la pala (m) N = Factor de seguridad

𝐾𝑡 = concentración de esfuerzos M = Momento en la pala (N-m) T = Torque en la pala (N-m)

𝑆𝑛′ = Fatiga modificada (MPa) 𝑆𝑛′ = Resistencia de fluencia (MPa)

Se utiliza un 𝐾𝑡 = 2.5 debido al cuñero del perfil, por el cual estará sujetada cada una de las palas, y un factor de seguridad N de 2.5 según lo recomendado por el libro Diseño de elementos de máquinas de Mott, bajo cargas dinámicas con una confianza promedio en los datos de diseño. Se procede a determinar las variables de diseño según la situación presentada:

𝑆𝑛′ = 139.66 𝑀𝑃𝑎

𝑀 = 16.64 𝑁 − 𝑚 𝐾𝑡 = 2.5 𝑁 = 2.5

𝐷 = 0.019 𝑚

51

Se busca aproximar el valor del diámetro a un valor métrico comercial por encima del obtenido y se decide dejar el diámetro en 0.02m 5.2 DIMENSIONAMIENTO DEL MOTOR Para el dimensionamiento del motor es necesario calcular el torque que debe compensar el motor, para esto se halla el torque que ejerce cada una de las palas, ya que estas son las encargadas de realizar el trabajo de separación de la fibra siliconada, y así, determinar el torque final. Un parámetro a tener en cuenta es que la máquina está diseñada para que en la parte de almacenamiento tenga la capacidad de 5 kg de relleno y la fuerza que se debe aplicar en cada pala para la separación, este dato se obtiene del diseño de experimentos de la sección 4.2 de este documento. Posteriormente se establece la distribución de las palas, como se observa en la figura 28 y el Anexo 17. Figura 28: Distribución de las palas en el eje.

Elaborado por los autores. Es necesario distribuir la cantidad de fibra que hay en la máquina en el número de hileras de palas, para calcular la fuerza que ejerce cada hilera de palas. Se analizan

52

los torques en dos momentos críticos, como se muestra en la Figura 29 y luego se calcula el torque total. Figura 29: Momentos críticos en el sistema de palas

Elaborado por los autores

El primer momento crítico es cuando llegado el caso, la fibra (5 kg) se encuentre sobre un solo cuadrante donde por el volumen que ocupa es impulsada por 4 palas.

𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑔

𝐹 =5 𝑘𝑔

4∗ 9.8 = 12.25 𝑁

5.7

Dónde: F = Fuerza en cada pala(N)

53

m = masa de la fibra siliconada (kg)

g = Gravedad (9.8 𝑚𝑠2⁄ )

Fuente: (Braun, 2013) Luego se halla el torque que ejerce cada hilera de palas.

𝜏 = 𝐹 ∗ 𝑟 5.8 Dónde:

𝜏 = Torque (N-m) F = Fuerza impulsada por cada pala (N). r = Distancia de la pala (m). Fuente: (Braun, 2013) Por lo tanto, 𝜏𝑝 hace referencia al torque de cada una de las 4 palas, las cuales

están encargadas de impulsar los 5 kg, como se indica en la sección 5.1 de este documento la longitud de cada pala es r = 0.3146m:

𝜏𝑝 = 12.25 ∗ 0.3146 = 3.85 𝑁 − 𝑚

Como las palas están ubicadas a la misma distancia a lo largo del eje, se calcula el torque total (𝜏𝑡1

) que hace referencia a la sumatoria del torque (𝜏𝑝) de cada una de

las cuatro palas que hacen contacto con la fibra siliconada:

𝜏𝑡1= 𝜏𝑝1

+ 𝜏𝑝2+ 𝜏𝑝3

+ 𝜏𝑝4= 15.42 𝑁 − 𝑚

El segundo momento crítico es cuando las cuatro palas hacen al tiempo la separación de la fibra. Para encontrar el torque de separación (𝜏𝑠) de cada pala se tiene en cuenta el valor de la fuerza tomada del diseño de experimentos de la sección 4.2 que es 52.92 N:

𝜏𝑠 = 52.92 ∗ 0.3146 = 16.64 𝑁 − 𝑚

54

Como las palas están ubicadas a la misma distancia a lo largo del eje, se calcula el torque total (𝜏𝑡2

) que hace referencia a la sumatoria del torque (𝜏𝑠) de cada una de

las cuatro palas que hacen contacto con la fibra siliconada:

𝜏𝑡2= 𝜏𝑠1

+ 𝜏𝑠2+ 𝜏𝑠3

+ 𝜏𝑠4= 66.56 𝑁 − 𝑚

Finalmente, el torque total se obtiene del torque que ejercen los dos momentos críticos analizados, y como se muestra en la figura 29 los torques tienen la misma dirección por lo cual se suman.

𝜏𝑇 = 𝜏𝑡1+ 𝜏𝑡2

= 81.98 𝑁 − 𝑚

Una vez se obtiene el torque total de 81.98 N-m, se establece que la velocidad del motor es de 70 RPM, y se calcula la potencia necesaria para el motor. Pero primero se deben convertir las revoluciones por minuto a velocidad angular.

70rev

min∗

2π rad

1 rev∗

1 min

60 seg= 7.33 rad

seg⁄

La potencia del motor es:

𝑃 = 𝜏 ∗ 𝜔 5.9 Dónde: P = Potencia (W) τ = Torque total (N-m)

ω = Velocidad angular (radseg⁄ )

Fuente: (Braun, 2013)

P = 81.98 Nm ∗ 7.33 radseg⁄

P = 600.2537 W

55

Y la potencia resultante, se convierte a Hp, como se muestra a continuación.

600.2537 W ∗1 Hp

746,3 W= 0,804 Hp

Teniendo el torque necesario, se deben tomar en cuenta los siguientes factores de seguridad al momento de dimensionar el motor para el funcionamiento adecuado a los parámetros calculados. Para seleccionar la potencia adecuada de un motor eléctrico se debe tener en cuenta el rango de alta eficiencia donde debe mantener su funcionamiento y esta se presenta al 75% de factor de carga y tendrá un 25% de capacidad adicional para soportar mayores cargas de trabajo a la determinada por el equipo acoplado, que la indica en BHP, Brake Horse Power o Caballo de Potencia en el eje. La relación entre la mayor eficiencia y la potencia en el eje da como resultado la siguiente ecuación.

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 (𝐵𝐻𝑃)

0,75 5.10

Para este caso la potencia mínima del motor requerida para el sistema de separación es:

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =0,804𝐵𝐻𝑃

0,75

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 1,072 𝐻𝑃 Otro factor a tener en cuenta es el Par en Motores de Inducción. El par motor se expresa y se mide en Newton por metro (N-m); un par de 20 N-m es igual al esfuerzo de tracción de 20 Newton, aplicado a un radio de un metro. Por otro lado, la potencia puede ser calculada si se conoce el torque requerido por el equipo, mediante la siguiente ecuación:

56

𝐻𝑃 =𝑇𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒(𝑁 − 𝑚) ∗ 𝑅𝑃𝑀

𝐾 5.11

Donde K es una constante igual a 7124, y para este caso el torque es el torque total de 81.98 N-m, RPM = 70

𝐻𝑃 =81.98𝑁𝑚 ∗ 70𝑅𝑃𝑀

7124 𝐻𝑃 = 0.805 𝐻𝑃

5.2.1 Selección del motor El motor que se seleccionó es un motor trifásico según los cálculos realizados para la potencia requerida (0.805 HP), el torque (81.89 N-m), 70 RPM y la eficiencia que otorga el factor de seguridad más alto, las especificaciones se pueden observar en la Tabla 22. 5.2.2 Especificaciones del motor Las especificaciones del motor se pueden observar en la Tabla 20. Tabla 22: Especificaciones motor trifásico.

VOLTAJE 220 / 440 V

VELOCIDAD 1780 RPM

POTENCIA 0.75 kW - 1 Hp

CORRIENTE 3.4 A

TORQUE 4.023 N-m

Elaborado por los autores. Se seleccionó un motor de propósito general en función de hierro – M2QA, es un motor trifásico tipo jaula de ardilla totalmente cerrado, autoventilado de eficiencia estándar. Referencia: 3GQA081301AXA1.5, Potencia: 1.5 HP - 1.1 kW, Velocidad: 3324 RPM, Voltaje: 220 / 440 V, eficiencia de 78.5 %, Factor de seguridad F.S. Fuente: (ABB Asea Brown Broveri Ltda, 2019)

57

5.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN En esta sección se diseña el sistema de transmisión de movimiento encargado de transmitir la potencia del motor hacia el eje con las palas, que son las encargadas de realizar el proceso de separación de la fibra siliconada. Se diseña un sistema de tornillo sin fin corona que está acoplado directamente al motor con una relación de 10:1 y posteriormente, un sistema de cadena que está ubicado del eje de la reducción al eje que contiene las palas, esta tendrá una relación de 2,5:1. Se consideran estas relaciones ya que se pueden adquirir comercialmente.

5.3.1 Diseño del sistema tornillo sin fin corona Para el diseño del tornillo sin fin y la corona, se debe tener en cuenta la relación de velocidades que se desea es decir el VR = 10 rpm, y la velocidad del motor que es el nw = 1780 rpm, para hallar el nG, que es la velocidad que se quiere a la salida, con la ecuación 5.12.

𝑉𝑅 = 𝑛𝑤

𝑛𝐺 5.12

Dónde: VR = Relación de velocidades. nw = Velocidad de rotación del sin fin (rpm). nG = Velocidad de rotación de la corona (rpm). Fuente: (Mott, 2006) Pero al no conocer el valor de nG, se despeja de la ecuación 5.12 de la siguiente manera:

𝑛𝐺 = 𝑛𝑤

𝑉𝑅=

1780 𝑟𝑝𝑚

10 = 178 𝑟𝑝𝑚

58

Posteriormente, se calcula el número de dientes de la corona, con la ecuación 5.13.

𝑉𝑅 = 𝑁𝐺

𝑁𝑤 5.13

Dónde: Nw = Número de roscas del tornillo sin fin. NG = Número de dientes de la corona. Fuente: (Mott, 2006) El número de roscas del tornillo sin fin generalmente es de 2 o 4, pero para este caso se seleccionó de 4 roscas. Al despejar la ecuación 5.10 se obtiene que el número de dientes NG es:

𝑁𝐺 = (𝑉𝑅 ∗ 𝑁𝑤) = (10 ∗ 4) = 40 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 Algunas coronas se fabrican de acuerdo con la convención del paso circular. Pero los conjuntos comerciales de tornillo y engrane sin fin, se fabrican con pasos diametrales convencionales con los siguientes valores: 48, 32, 24, 16, 12, 8, 6, 5, 4 y 3. (Mott, 2006). Por lo tanto, se seleccionó el paso diametral Pd = 12, y se halla el diámetro de paso de la corona.

𝐷𝐺 = 𝑁𝐺

𝑃𝑑=

40

12= 3,33 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚

1 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎∗

3,33 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

𝑥= 84,6 𝑚𝑚

5.14

Dónde: DG = Diámetro de paso de la corona. Pd = Paso diametral de la corona. Fuente: (Mott, 2006)

59

El paso circular de la corona (P) con la ecuación 5.15:

𝑃 = 𝜋

𝑃𝑑=

𝜋

12= 0,261 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 6,62 𝑚𝑚

5.15

Fuente: (Mott, 2006) En el diseño del tornillo sin fin corona es necesario que el paso circular de la corona y el paso axial del tornillo (PX) sean exactamente iguales, por lo tanto:

𝑃 = 𝑃𝑥 = 𝜋

𝑃𝑑=

𝜋


25,4 𝑚𝑚



𝑥= 6,62 𝑚𝑚

Fuente: (Mott, 2006) El avance (L) se determina con la ecuación 5.16.

𝐿 = 𝑁𝑤 ∗ 𝑃𝑥 = (4 ∗ 0,261) = 1,04 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 26,42 𝑚𝑚

5.16

Para el diámetro del tornillo sin fin es necesario tener en cuenta que el valor de la distancia entre centros C0, 875 tiene un rango de 1,6 < C0, 875 < 3.0, por lo tanto, para hallar este valor se tomó el diámetro de paso se dividió en dos, el cual sería el radio y se le sumó 1,5 in para que sea mayor, por ende, el valor de la distancia entre centros C = 3,165 in.

60

Se debe hallar el DW para ambos rangos y escoger uno, con ayuda de la ecuación 5.15.

𝐷𝑤 = 𝐶0,875

3,0=

(3,165)0,875

3,0= 0,91 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 23,1 𝑚𝑚

𝐷𝑤 = 𝐶0,875

1,6=

(3,165)0,875

1,6= 1,71 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 43,4 𝑚𝑚

5.17

Fuente: (Mott, 2006). El libro Diseño de elementos de Máquinas de Robert L. Mott recomienda tomar el valor medio entre ambos rangos. el Dw que se escogió es 1,19 pulgadas equivalentes a 30,22 mm. El ángulo de avance (λ) se calcula con la ecuación 5.18

𝜆 = tan−1 (𝐿

𝜋𝐷𝑤) = tan−1 (

1,04 𝑖𝑛

𝜋(1,19)) = 0,26° 5.18

Fuente: (Mott, 2006) Se obtiene la nueva distancia entre centros (C) es:

𝐶 = 𝐷𝐺 + 𝐷𝑤

2= (

3,33 + 1,19

2) = 2,26 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 57,4 𝑚𝑚

5.19

Fuente: (Mott, 2006).

61

El Adendum (α) es:

𝑎 = 1

𝑃𝑑=

1


25,4 𝑚𝑚



𝑥= 2,03 𝑚𝑚

5.20

Fuente: (Mott, 2006). Diámetro exterior del tornillo sin fin (Dow).

𝐷𝑜𝑤 = 𝐷𝑤 + 2𝑎 = 1,357 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 34,46 𝑚𝑚

5.21

Fuente: (Mott, 2006). La profundidad total (ht) es:

ℎ𝑡 = 2,157

𝑃𝑑=

2,157

12= 0,175 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 4,45 𝑚𝑚

5.22

Fuente: (Mott, 2006). El ancho de cara de la corona (FG) se determina con la ecuación 5.23.

𝐹𝐺 = (𝐷𝑜𝑤2 − 𝐷𝑤

2)12 = (1,3572 − 1,192)

12 = 0,639 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 16,23 𝑚𝑚

5.23

62

Se aproxima el valor de FG a 0,75 pulgada es decir 19,05mm. Posteriormente, se calcula el diámetro de la garganta de la corona (Dt).

𝐷𝑡 = 𝐷𝐺 + 2𝑎 = 3,33 + 2(0,08) = 3,49 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 88,7 𝑚𝑚

5.24

Fuente: (Mott, 2006). Longitud mínima recomendada de la cara del tornillo sin fin (Fw) es:

𝐹𝑤 = 2 ∗ [(𝐷𝑡

2)

2

− (𝐷𝐺

2)

2

]

12

= 2 ∗ [(3,49 𝑖𝑛

2)

2

− (3,33 𝑖𝑛

2)

2

]

12

𝐹𝑤 = 1,044 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 26,5 𝑚𝑚

5.25

Fuente: (Mott, 2006). El Fw es igual a 1,25 pulgadas, es decir 31,75m. Teniendo en cuenta lo anterior, se procede a hacer la selección del reductor de velocidad seleccionado es un Worm Gear Reductor de velocidad de 10:1 56 C, estimado para 1.16 Hp a 1750 RPM. Es un reductor de alta calidad, tiene un hundimiento de calor de aluminio de diseño la carcasa con revestimiento de resina epoxi.

63

Figura 30: Tornillo sinfín corona.

Fuente: (Lexar Industrial, 2019) 5.3.2 Diseño de la transmisión por cadena Para el diseño del sistema de cadena, se debe hallar la relación de velocidades que se desea es decir el η, teniendo en cuenta la velocidad del motor que es el η2 = 178 rpm, y la velocidad que se quiere a la salida η1 =70 rpm, este último dato se basa en la velocidad utilizada en las máquinas comerciales donde se mueve y mezcla la fibra sin llegar a impulsarla o compactarla debido a la resistencia del aire.

η = η2

η1 η1 =

η2

η=

178 𝑟𝑝𝑚

70 𝑟𝑝𝑚= 2,54 𝑟𝑝𝑚 5.26

Fuente: (Mott, 2006). Primero se debe seleccionar la potencia nominal para tres tamaños normales de cadena, el número 40 (1/2 pulgada), 60 (3/4 pulgada), y 80 (1.00 pulgada), que son las características de los datos disponibles para todos los tamaños de cadenas de los catálogos de sus fabricantes.

64

Por lo tanto, se determina el número de cadena, que para este caso es 40 con 11 dientes en la rueda pequeña y ½ pulgada de paso, se halla el número de dientes del piñón grande:

𝑁2 = 𝑁1 ∗ η = (11 ∗ 2,5) = 27, 5 dientes 5.27 Dónde: N1 = Número de dientes de la rueda pequeña. N2 = Número de dientes del piñón grande. De la ecuación 5.25 solo se toma la parte entera del resultado, por tanto, quedan 27 dientes. Se confirma que la velocidad de la salida sea aproximada a la esperada.

η2 = η1 ∗ 𝑁1

𝑁2= 178 ∗

11

27= 72,51 𝑟𝑝𝑚 5.28

Para hallar los diámetros de paso para cada uno de los piñones, es necesario recordar que el valor del paso diametral (p) es de ½ pulgada.

𝐷1 = 𝑝

sin (180°

𝑁1)

= 0,5

sin (180°

11 )= 1,77 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 45 𝑚𝑚

𝐷2 = 𝑝

sin (180°

𝑁2)

= 0,5

sin (180°

27 )= 4,3 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

25,4 𝑚𝑚



𝑥= 109 𝑚𝑚

5.29

Fuente: (Mott, 2006).

65

Para hallar la longitud de la cadena es necesario ponerle un valor que este dentro del rango a la distancia entre centros, para este caso será un valor de 40 pasos.

𝐿 = 2𝐶 + (𝑁2 + 𝑁1

2) + (

(𝑁2 − 𝑁1)2

4𝜋2𝐶)

𝐿 = ( 2 ∗ 40) + (27 + 11

2) + (

(27 − 11)2

4𝜋2(40))

𝐿 = 99,16 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 ≅ 100 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠

5.30

Dónde: C = Distancia teórica entre centros. N1 = Número de dientes de la rueda pequeña. N2 = Número de dientes del piñón grande. La longitud total, L = 100 pasos = 100 (0.5) = 50 pulgadas. La distancia entre centros real máxima es:

𝐶 = 1

4 [𝐿 − (

𝑁2 + 𝑁1

2) + √(𝐿 − (

𝑁2 + 𝑁1

2))

2

− (8 (𝑁2 − 𝑁1)2

4𝜋2)]

𝐶 =1

4 [100 − (

27 + 11

2) + √(100 − (

27 + 11

2))

2

− (8 (27 − 11)2

4𝜋2)]

𝐶 = 43,42 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠

5.31

Fuente: (Mott, 2006). Dónde: N1 = Número de dientes de la rueda pequeña. N2 = Número de dientes del piñón grande. L = Distancia entre centros.

66

Para determinar la distancia entre centros en milímetros es necesario multiplicar por el paso diametral de 0,5 in, lo que indica que C = 21,71 pulgadas o 552mm. El ángulo de contacto para cada uno de los piñones es:

𝜃1 = 180° − 2 sin−1 [(𝐷2 − 𝐷1)

2𝐶 ]

𝜃1 = 180° − 2 sin−1 [(4,3 𝑖𝑛 − 1,77 𝑖𝑛)

2 ∗ 21,71 𝑖𝑛] = 176,65°

𝜃2 = 180° + 2 sin−1 [(𝐷2 − 𝐷1)

2𝐶 ]

𝜃2 = 180° + 2 sin−1 [(4,3 𝑖𝑛 − 1,77 𝑖𝑛)

2 ∗ 21,71 𝑖𝑛] = 183,34°

5.32

Por lo tanto, se hace uso de una cadena número 40, paso ½ pulgada, 100 pasos o 50 pulgadas de longitud, en cuanto a los piñones, la rueda pequeña es de 11 dientes, y un diámetro de 1.77 pulgadas es decir 45 mm y el piñón grande de 27 dientes y un diámetro de 4.3 pulgadas es decir 109mm, con una distancia entre centros máxima de 21.71 pulgadas lo que equivale a 552mm. 5.3.3 Diseño del eje El eje es el componente que permite la transmisión de movimiento rotatorio y de potencia, y hace parte de un sistema mecánico donde la potencia se transmite desde un motor a otras partes giratorias del sistema. Es necesario calcular la resistencia a la fatiga, y las fuerzas y momentos tanto en el eje x como en el eje y. 5.3.3.1 Diseño del eje del sistema de separación: En la figura 31 y en el Anexo 16 se puede observar el eje diseñado con sus respectivos componentes, que se describen posteriormente. El eje del sistema de separación tiene una longitud determinada de un metro, compuesto por:

- Puntos A y C, que hacen referencia a los puntos de sujeción a la estructura por medio de cojinetes.

67

- Punto B, es el punto medio donde se lleva la sumatoria de torques y fuerzas en el sistema de separación que se calcularon anteriormente en el Capítulo 5 sección 5.1 de este documento.

- Punto D se encuentra el piñón, que se diseñó en el sistema de transmisión calculado anteriormente en el capítulo 5 sección 5.3 de este documento, el cual está conectado a la caja reductora de un motor de un caballo de potencia (1 HP), de igual forma el piñón entrega al eje una velocidad de 70 rpm.

Figura 31: Diseño del eje

Elaborado por los autores. A continuación, se va a calcular el torque total empleado por el juego de palas: Figura 32: Torques en el punto B y D.


68

En el punto B se calcula T2 viene del cálculo del torque total empleado por el juego de palas (81,98 N-m), el cual fue calculado en el capítulo 5 sección 5.1 de este documento.

𝑃 = 𝜏 ∗ 𝜔 5.33 Donde, P = Potencia (W) τ = Torque total (N-m) ω = Velocidad angular (rad/s) Fuente: (Mott, 2006)

Por lo tanto, el torque del sistema de transmisión (𝜏2) se calcula de la siguiente manera:

𝜏2 = 𝑃

𝜔 5.34

La potencia del motor seleccionado equivale a 1HP (1 Caballo de potencia) lo que en Watts es 750 w, y la velocidad angular se calculó anteriormente en el capítulo 5 sección 5.2, donde la velocidad angular es 7.33 rad/s

𝜏2 = 750 𝑤

7.33 𝑟𝑎𝑑

𝑠

= 102.32 𝑁 − 𝑚

Se obtiene que el torque 2 es igual a 102.32 N-m, el cual es mayor al torque 1 que es el requerido por el sistema de separación de la fibra. 5.3.3.2 Cálculo de fuerzas y momentos en x: Para calcular los diámetros del eje también es necesario determinar las fuerzas que actúan sobre este y sus direcciones. En esta primera parte se va a determinar las fuerzas en X para lo cual es necesario asumir la dirección de las fuerzas en los

69

diferentes puntos, así como se representa en la Figura 33, ya después el resultado del procedimiento indicará la dirección correcta. Figura 33: Fuerzas en el eje x

Elaborado por los autores. Para el cálculo de la fuerza FBT se debe conocer la fuerza total del punto B(FBT), para esto se tendrá en cuenta el T1 que es el torque requerido por el sistema de separación de la fibra:

La Fuerza 𝐹𝐵𝑇 se puede calcular con la siguiente ecuación:

𝐹𝐵𝑇 = 𝜏

𝐷2⁄

= 𝐹𝐵𝑇 = 𝜏

𝑟 5.35

Donde, T = Torque sistema de separación de la fibra. D = Longitud del juego de palas. r = Longitud de cada la pala Fuente: (Mott, 2006)

La fuerza 𝐹𝐵𝑇 se calcula a partir del 𝜏2 y la longitud establecida para cada pala, en el capítulo 5 sección 5.2.1 de este documento, se obtuvo que el torque total equivale

70

a la suma del torque que ejercen los dos momentos críticos analizados, por lo tanto, el torque total es igual a 81.98 N-m y la longitud del juego de palas es de 0,3146 m:

𝐹𝐵𝑇 = 81.98 𝑁𝑚

0.3146 𝑚= 260.6 𝑁

La Fuerza 𝐹𝐷𝐶 se puede calcular con la siguiente ecuación:

𝐹𝐷𝐶 = 𝜏2

𝐷2⁄

= 𝐹𝐷𝐶 = 𝜏2

𝑟 5.36

Donde, T = Torque ejercido por el motor D = Diámetro del piñón r = radio del piñón

La fuerza 𝐹𝐷𝐶 se calcula a partir del 𝜏2y el diámetro del piñón previamente calculado en este documento en el capítulo 5 sección 5.3.2:

𝐹𝐷𝐶 = 102.32 𝑁𝑚

0.1092 𝑚2

= 102.32 𝑁𝑚

0.05461 𝑚= 1873.64 𝑁

Esta fuerza completa en el punto D se descompone en las direcciones X y Y contemplando el Angulo de incidencia:

𝐹𝐷𝑋 = 𝐹𝐶 ∗ cos(𝜃)

𝐹𝐷𝑦 = 𝐹𝐶 ∗ sin(𝜃)

5.37

5.38

La diferencia entre los ángulos de contacto para cada uno de los piñones del sistema de cadena diseñado en la sección 5.3.2 de este documento es:

71

𝜃 = 6.68

2= 3.34°

Figura 34: Angulo de incidencia del sistema de transmisión por cadena

Elaborado por los autores. Por lo tanto, como se puede observar en la Figura 34, el ángulo de la cadena en el lado del piñón que va al eje equivale a:

45° − 3.34° = 41.66° Inclinación tomada como referencia del sistema

𝐹𝐷𝑋 = 1873.64 ∗ cos(41.66°) = 1399.8 𝑁

𝐹𝐷𝑌 = 1873.64 ∗ sin(41.66°) = 1245.42 𝑁

𝐹𝐷𝑋 = 1870.45 𝑁 𝐹𝐷𝑌 = 109.16 𝑁

72

Sumatoria de fuerzas en el plano XZ

−𝑅𝐴𝑋 + 𝐹𝐵 + 𝑅𝐶𝑋 − 𝐹𝐷𝑋 = 0

−𝑅𝐴𝑋 (0) + 260.6𝑁 (0.7 𝑚) + 𝑅𝐶𝑋 (1.4) − 2029.71 = 0 𝑅𝐶𝑋 (1.4) − 1847.29 = 0

𝑅𝐶𝑋 =1847.29

0.88= 1319.49𝑁

−𝑅𝐴𝑋 + 260.6𝑁 + 1319.49 𝑁 − 1399.8 = 0

−𝑅𝐴𝑋 + 180.29 = 0

𝑅𝐴𝑋 = 180.29 𝑁

5.39

Diagrama de la sumatorio de fuerzas y de la sumatoria de momentos en X: En la figura 35 se observa gráficamente la sumatoria de las fuerzas a lo largo del eje, para lo cual debe ser igual a cero. Figura 35: Diagrama de Fuerzas en X


-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

FUER

ZA (

N)

LONGITUD EJE (m)

FUERZAS EN X

73

El momento flector en cada punto se determina por medio de la multiplicación de cada fuerza en este caso en el eje X y la distancia sobre el eje desde el punto inmediatamente anterior, este momento debe empezar y finalizar en cero corroborando el buen cálculo de las fuerzas.

Figura 36: Diagrama de momento flector en X

Elaborado por los autores. 5.3.3.3 Cálculo de fuerzas y momentos en Y: Para el cálculo de fuerzas en Y es necesario realizar la sumatoria de fuerzas en el plano YZ, teniendo en cuenta resultados obtenidos anteriormente se observa en la figura 37 la ausencia de fuerza en el punto B debido a que en este punto solo es ejercida en X:

0

-126,203

-69,986

0

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

MO

MEN

TO (

N-m

)

LONGITUD EJE (m)

MOMENTO FLECTOR EN X

74

Figura 37: Fuerzas en el eje Y


𝑅𝐴𝑌 − 𝑅𝐶𝑌 + 𝐹𝐷𝑌 = 0

−𝑅𝐶𝑌 (1.4) + 𝐹𝐷𝑌 (1.45) = 0

−𝑅𝐶𝑌 (1.4) + 1245.42(1.45) = 0

𝑅𝐶𝑌 =1805.86

1.4= 1289.9𝑁

𝑅𝐴𝑌 = 𝑅𝐶𝑌 − 𝐹𝐷𝑌 = 44.48𝑁

5.40

Diagrama de fuerzas, momento flector en Y y momento torsor: Mediante la figura 38 se puede observar gráficamente la sumatoria de las fuerzas calculadas, para la cual el resultado es igual a cero.

75

Figura 38: Diagrama de Fuerzas en Y:

Elaborado por los autores. Diagrama de Momento Flector en Y: En la figura 39 se observa el comportamiento del momento flector en Y el cual empieza y finaliza en cero, indicando que el procedimiento realizado ha sido correcto.

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

FUER

ZA (

N)

LONGITUD EJE (m)

FUERZAS EN Y

76

Figura 39: Diagrama de Momento Flector en Y

Elaborado por los autores. En la figura 40 se puede observar gráficamente los torques a lo largo del eje. Figura 40: Diagrama de Momento Torsor


0

62,27

0

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

MO

MEN

TO (

N-m

)

LONGITUD EJE (m)

MOMENTO FLECTOR EN Y

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

TOR

QU

E (N

-m)

LONGITUD EJE (m)

MOMENTO TORSOR

77

5.3.3.4 Cálculo de diámetro para cada punto Al igual que en las palas se decide que el material para el mecanizado del eje es el Acero AISI 1040 estirado en frio, del cual ya se han mencionado las propiedades mecánicas necesarias para el cálculo del diámetro. Para calcular el diámetro en cada uno de los puntos, se va a hacer uso de la siguiente ecuación:

𝐷 = [(32 ∗ 𝑁

𝜋) √(

𝐾𝑡 ∗ 𝑀

𝑆𝑛′)

2

+ 3

4(

𝑇

𝑆𝑌)

2

]

13

5.41

Fuente: (Mott, 2006) Se maneja un factor de diseño (N) de 2, ya que se tiene pleno conocimiento de los valores de torques y fuerzas lo que permite confiabilidad en los momentos

calculados y se produce una concentración de esfuerzos (𝐾𝑇 ) que depende de cada situación presente en cada uno de los puntos. A continuación, se pueden observar los datos que se tienen en cuenta para cada uno de los puntos según sus características:

𝑆𝑌 = 490 𝑀𝑃𝑎

𝑆𝑛′ = 129 𝑀𝑃𝑎

Tabla 23: Datos para cada punto

Datos para el punto A

Datos para el punto B

Datos para el punto C Datos para el punto D

𝑁 = 2.0 𝐾𝑇 = 2.5

𝑇 = 81.98 𝑁𝑚 𝑀 = 0 𝑁𝑚

𝐷 = 14.3𝑚𝑚

𝑁 = 2.0 𝐾𝑇 = 1.6

𝑇 = 81.98 𝑁𝑚 𝑀 = 126.2 𝑁𝑚

𝐷 = 39.11𝑚𝑚

𝑁 = 2.0 𝐾𝑇 = 1.5

𝑇 = 87.98 𝑁𝑚 + 102.32 𝑁𝑚 𝑇 = 184.3 𝑁𝑚

𝑀 = √69.98 𝑁𝑚2 + 62.27𝑁𝑚2 𝑀 = 93.661 𝑁𝑚

𝑁 = 2.0 𝐾𝑇 = 2.0

𝑇 = 102.32 𝑁𝑚 𝑀 = 0 𝑁𝑚

𝐷 = 15.44𝑚𝑚


78

Después de reemplazar los datos para cada punto en la ecuación 5.41 se obtienen los diámetros mínimos de diseño y a partir de estos se pueden determinar los diámetros superiores a conveniencia para facilitar la compra de elementos comercialmente disponibles. Tabla 24: Diámetros obtenidos

PUNTO PARTE DEL PROCESO

DIAMETRO MINIMO (mm)

DIAMETRO DE DISEÑO (mm)

A RODAMIENTO 14.3 15

B PALAS 39.11 40

C RODAMIENTO 28.5 30

D PIÑÓN 15.44 20

Elaborado por los autores. Figura 41: Eje con los diámetros obtenidos.


5.3.4 Validación del eje Para validar el diseño del eje es necesario emplear un software que permita analizar y simular el diseño, para esto existen software especializados denominados CAE (Computer Aided Engineering) como lo es SolidWorks mediante una herramienta llamada Simulation. En esta herramienta se agregan todos los datos conocidos y calculados en el diseño del eje, como lo son las fuerzas, torques y sujeciones, de igual forma se especifica

79

el material en el que se mecaniza. Arrojando como resultado el análisis de tensión (Von Mises), de desplazamientos y de deformaciones Figura 42: Diagrama del montaje en los 4 puntos analizados.


En la figura 43 se observa el análisis de tensión sobre el eje, el cual indica que hay un mínimo de tensión 1.992e-4 MPa y esta se mantiene en su mayoría a lo largo del eje, también muestra un punto crítico que es justo donde hay una discontinuidad geométrica entre el punto donde se ejerce el mayor torque y la sujeción por rodamiento, como se muestra entre el punto C y D de la figura 42, y tiene una tensión de 120.5MPa

Para verificar el factor de seguridad (𝑓𝑠 ), se usa la ecuación 5.42 donde se debe tener en cuenta el limite elástico del material (𝑆𝑦) y el esfuerzo máximo de Von Mises

(𝜎)

𝑓𝑠 =𝑆𝑦

𝜎 5.42

Obteniendo como resultado que el factor de seguridad es de 4.

80

Figura 43: Análisis de tensión sobre el eje

Elaborado por los autores. Para el análisis de desplazamiento, se determina en la figura 44 que existe un desplazamiento máximo de 0.0848 mm, el cual es debido a que en este punto el eje está sujeto a un rodamiento y a su vez este se encuentra en medio de los dos torques que se ejercen en el eje, como se muestra en la figura 42 donde el punto C se encuentra en medio del punto B, se hace la sumatoria de las fuerzas que realizan todas las palas y en el punto D se fija la transmisión por cadena Figura 44: Análisis de desplazamiento sobre el eje


81

En la figura 45 se observa el análisis de deformación unitaria a lo largo del eje, el cual denota un punto crítico donde hay una deformación máxima con una magnitud de 4.157e-4 mm/mm, en el mismo punto donde la tensión es máxima, lo cual no influye en el diseño que se está realizando en este documento, ya que es una deformación mínima. Figura 45: Análisis de deformación


82

6 DISEÑO DEL SISTEMA DE DOSIFICADO En esta sección se realiza el diseño del sistema de dosificado, que es el encargado de transferir la fibra siliconada que viene del proceso de separación, a las diferentes boquillas para rellenar el producto dependiendo de su complejidad, buscando mejorar los tiempos de producción y disminuir la carga laboral al operario. Para el diseño del sistema de dosificado es necesario determinar la tasa de uso de la sección de dosificado, calcular el caudal de flujo requerido teniendo en cuenta ciertos factores de riesgo como las pérdidas por fuga, margen de seguridad y reservas para ampliaciones futuras, para dimensionar la línea neumática y seleccionar el compresor con su respectiva unidad de mantenimiento. Posteriormente, se determinan las normas de ergonomía que se deben tener en cuenta para definir la altura en la que deben ir posicionadas las boquillas, asumiendo que la máquina está diseñada para mujeres colombianas de estatura promedio. Finalmente, se define el tamaño de las boquillas requeridas para efectuar el proceso de relleno de muñecos, en el que se tiene en cuenta la medida de las partes más pequeñas y más grandes de los muñecos. 6.1 CONSUMO DE AIRE COMPRIMIDO Para dimensionar correctamente una red neumática, debe considerarse que el compresor debe proporcionar tanto aire como el que las unidades consumen de forma intermitente. Lo normal es que dichas unidades tengan tiempos muertos, ya que, por ejemplo, el operario tiene que parar el consumo de aire del dispositivo neumático para posicionar las piezas en la maquinaria y en estos tiempos muertos un compresor de menor capacidad tendría tiempo para cargar a presión el depósito o la red de aire comprimido. La mayoría de los pequeños consumidores neumáticos no están en uso continuo, se encienden y se apagan en función de su uso. Por este motivo, es muy importante analizar el proceso de fabricación de 200 muñecos en una jornada laboral de 8 horas para calcular el tiempo promedio de uso de la máquina, y así definir la demanda de aire requerida.

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La tasa de uso se puede determinar con ayuda de los resultados obtenidos en el diseño de experimentos, descrito en el capítulo 4 sección 4.1 de este documento, según el cual con una presión de 800 kPa se puede impulsar una cantidad de 10 g de fibra, en un tiempo de 3 s. En el estudio de viabilidad del capítulo 2, sección 2.1 se seleccionó un muñeco de aproximadamente 50 g de peso, por lo cual se puede estimar que el tiempo de relleno de este muñeco de complejidad 4 es de aproximadamente 15 s. Para el cálculo de la tasa de uso, se puede decir que un muñeco de 50 g se rellena en 20 s, por lo tanto, para una producción de 200 muñecos se rellenan en 4000 s. En una jornada laboral de 8 horas la máquina estaría prendida 15 minutos por hora. Teniendo en cuenta que la máquina no estará activa continuamente una hora y media, sino por el contrario por como es el proceso de fabricación de los muñecos, la máquina se activara intermitentemente, se determinó que la máquina se usará 15 minutos por hora. Con la siguiente ecuación se determina la tasa de uso:

𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑈𝑠𝑜 = 15 𝑚𝑖𝑛

60 𝑚𝑖𝑛∗ 100 = 25% 6.1

Fuente: (Garcia, 2010 - 2011) 6.2 CAUDAL DEL FLUJO DE AIRE REQUERIDO Una vez definida la tasa de uso, se procede a calcular el consumo de aire libre de cada toma, para ello se debe conocer el consumo de aire de cada salida o de cada equipo que posee la industria. Otro factor que hay que tener en cuenta para calcular el consumo es el factor de simultaneidad, el cual depende del número de unidades que en cada momento consumen aire. El factor de simultaneidad se puede determinar con ayuda de la figura 46.

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Figura 46: Factor de Simultaneidad.

Fuente: (Solé, 2007) Como solo se tiene un dispositivo neumático de consumo con un caudal de 1675 L/min, valor tomado del caudal que se usó en el diseño de experimentos, con una tasa de uso del 25 %, se establece que, el factor de simultaneidad es 1. Por lo tanto, el caudal requerido es:

𝑄 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 =𝑄 ∗ 𝑈𝑛𝑑𝑠 ∗ 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑈𝑠𝑜 ∗ 𝐹 𝑑𝑒 𝑆𝑖𝑚𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑒𝑖𝑑𝑎𝑑

100 6.2

Donde, Q = Caudal Und = Número de dispositivos neumáticos Tasa de uso F de simultaneidad = Factor de simultaneidad

𝑄 𝑟 =1675 𝐿/ min ∗ 1 ∗ 25% ∗ 1

100= 418,75 𝐿

𝑚𝑖𝑛⁄

Fuente: (Solé, 2007)

85

6.2.1 Factores de riesgo Aunque con los cálculos anteriores se define cuál es el caudal de aire comprimido necesario para cumplir con el proceso de la máquina, existen otros factores que se deben considerar: Pérdidas por fugas, un aspecto importante de las redes de aire comprimido que pueden producirse. Con un buen mantenimiento este valor debe estar entre el 5% y el 10% como máximo, para este caso se tomará el 8% de pérdidas por fugas. Por lo tanto, el caudal requerido con el porcentaje de pérdidas por fugas es:

𝑄 𝑟2 = 𝑄𝑟 + (𝑄𝑟 ∗ % 𝑃𝑓

100) 6.3

Donde, Qr = Caudal Requerido %Pf = Porcentaje de pérdidas por fuga

𝑄 𝑟2 = 418.75 𝐿/𝑚𝑖𝑛 + (418.75 𝐿/𝑚𝑖𝑛 ∗ 8%

100) = 452.25 𝐿

𝑚𝑖𝑛⁄

Fuente: (Solé, 2007) Margen de seguridad, en cualquier caso, es recomendable aplicar un margen de seguridad entre un 5% y un 10%. Para este caso se toma un margen de seguridad del 8%. Por lo tanto, el caudal requerido con un margen de seguridad es:

𝑄 𝑟3 = 𝑄𝑟2 + (𝑄𝑟2 ∗ % 𝑀𝑠

100) 6.4

Donde, Qr2 = Caudal Requerido con el porcentaje de pérdidas por fuga aplicado. %Ms = Porcentaje de margen de seguridad.

86

𝑄 𝑟3 = 452.25 𝐿/𝑚𝑖𝑛 + (452.25 𝐿/𝑚𝑖𝑛 ∗ 8%

100) = 488.43 𝐿

𝑚𝑖𝑛⁄

Reservas para ampliaciones futuras, el sistema de aire comprimido se diseña para el consumo que se tiene en la actualidad, pero seguramente se puede presentar una ampliación a corto y medio plazo. En este caso se debe considerar el dimensionamiento del tamaño del compresor, así como el sistema de tratamiento y trazado de la instalación neumática, considerando esta posible ampliación. Es recomendable tener un porcentaje de reserva de ampliación entre el 50% y 100%, para este caso se va a dimensionar para un 85%. Por si en algún momento se aumenta la producción diaria de muñecos. Por lo tanto, el caudal requerido final es:

𝑄 𝑟𝑓 = 𝑄𝑟3 + (𝑄𝑟3 ∗ % 𝑅𝑓

100) 6.5

Donde, Qr3 = Caudal Requerido con el margen de seguridad aplicado. %Rf = Porcentaje de reservas para ampliaciones futuras.

𝑄 𝑟𝑓 = 488.43 𝐿/𝑚𝑖𝑛 + (488.43 𝐿/𝑚𝑖𝑛 ∗ 85%

100) = 903.59 𝐿

𝑚𝑖𝑛⁄

Fuente: (Solé, 2007) En definitiva, el caudal calculado para el proceso de relleno de peluches de 903.59 L/min.

87

6.3 DIMENSIONAMIENTO DE LA LÍNEA NEUMÁTICA La línea neumática a diseñar se divide en dos, la línea principal que tiene una longitud de 15m, desde la salida del compresor hasta el dispositivo de regulación, y la línea de servicio que va desde el dispositivo de regulación hasta el punto de alimentación de la máquina de rellenar peluches, tiene una longitud de 2.5m, en el Anexo 5 de este documento se puede observar el diagrama planteado. 6.3.1 Cálculo del diámetro interno de conducción Para obtener un primer dimensionamiento de los diámetros de las tuberías, se hace uso de un modelo matemático basado en la fórmula de Renouard que permite calcular el diámetro interno de conducción. Es necesario tener en cuenta el valor de la caída máxima de presión en las tuberías que debe ser menor al 2% de la presión del compresor, como en este caso se maneja una presión de alimentación del compresor de 8 Bar, la caída de presión equivale a 0.16 Bar. La fórmula de Renouard es:

𝑃𝑎 − 𝑃𝑏 =𝐶𝑅𝐶 ∗ 𝜌𝑟 ∗ 𝐿𝑒𝑞 ∗ 𝑄1.82

2 ∗ 𝑃𝑛 ∗ 𝐷4.82 6.6

Fuente: (Garcia, 2010 - 2011) Donde,

Pa y Pb = Presiones absolutas en el origen y en el extremo. CRC = Coeficiente de Renouard cuadrático. ρr = Densidad relativa del gas. Q = Caudal en N-m3/h (normal metro cubico por hora) D = Diámetro interior de la conducción. Pn = Presión nominal en bar. Leq = Longitud total de la tubería.

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Reemplazando los valores y despejando el valor del diámetro se llega a la ecuación 6.7, la cual que permite calcular el diámetro de la tubería principal y secundaria:

𝐷 = (𝐶𝑅𝐶 ∗ 𝜌𝑟 ∗ 𝐿𝑒𝑞 ∗ 𝑄1.82

2 ∗ 𝑃𝑛 ∗ ∆𝑃)

14.82⁄

= (3.47 ∗ 𝐿𝑒𝑞 ∗ 𝑄1.82

∆𝑃)

0.21

6.7

Fuente: (Garcia, 2010 - 2011) Cálculo del diámetro de la tubería principal, que es la que sale del compresor y canaliza la totalidad del caudal de aire. Deben tener el mayor diámetro posible. Se deben dimensionar de tal manera que permita una ampliación del 300 % del caudal de aire nominal. La velocidad máxima del aire que pasa por ella no debe sobrepasar los 8 m/s. Asumiendo la máxima caída de presión de 0.16 Bar, una longitud de 15 m y un caudal de 902 l/min = 54.18 Nm3/h, se calcula el diámetro:

𝐷 = (3.47 ∗ 𝐿𝑒𝑞 ∗ 𝑄1.82

∆𝑃)

0.21

= (3.47 ∗ 15 ∗ 54.181.82

0.16)

0.21

= 15.5 𝑚𝑚

Para la tubería principal se tiene un diámetro de 15.5 mm lo que para una medida estándar o comercial equivale a diámetro nominal de 15 mm y un diámetro exterior de 20mm, como se puede observar en la Tabla 25. Cálculo del diámetro de la tubería de servicio, son las que alimentan los equipos neumáticos. Llevan acoplamientos de cierre rápido e incluyen las mangueras de aire y los grupos filtro - regulador - lubricador en cada punto de consumo. La velocidad máxima del aire que pasa por esta tubería no debe sobrepasar los 15 m/s. Asumiendo la máxima caída de presión de 0.16 Bar, una longitud de 2.5 m y un caudal de 418.75 l/min = 25.08 Nm3/h ya que este es el caudal requerido a la salida, se calcula el diámetro de la tubería secundaria:

89

𝐷 = (3.47 ∗ 𝐿𝑒𝑞 ∗ 𝑄1.82

∆𝑃)

0.21

= (3.47 ∗ 2.5 ∗ 25.081.82

0.16)

0.21

= 7.92 𝑚𝑚

Para la tubería de servicio se tiene un diámetro de 7.92 mm lo que para una medida estándar o comercial equivale a diámetro nominal de 10 mm y un diámetro exterior de 16mm, como se puede observar en la Tabla 25. Tabla 25: Medidas comerciales para la tubería.

DIAMETRO NOMINAL (mm) DIAMETRO EXTERIOR (mm)

10 16

15 20

20 25

25 32

32 40

40 50

50 63

65 75

80 90

100 110

Fuente: (Colplastic, 2019) 6.3.2 Cálculo de la pérdida de carga Las pérdidas de carga producidas en los diferentes elementos de conexión y accesorios, como guía se toma la Tabla 26, en la que se puede observar el valor de la pérdida de carga producidas según el diámetro externo de la tubería de 15 mm y el tipo de accesorio o elemento de conexión que se requiere.

90

Tabla 26: Diámetro externo de tubería según el tipo de accesorio.

TIPO DE ACCESORIO DIAMETRO EXTERNO DE TUBERIA

15 20 25 32 40 50 65

Codo 0,26 0,37 0,49 0,67 0,76 1,07 1,37

Curva 90 0,15 0,18 0,24 0,38 0,46 0,61 0,76

Curva 180 0,46 0,61 0,76 1,07 1,2 1,68 1,98

Válvula esfera 0,76 1,07 1,37 1,98 2,44 3,36 3,96

Válvula de compuerta 0,107 0,14 0,18 0,27 0,32 0,4 0,49

T estándar paso recto 0,12 0,18 0,24 0,38 0,4 0,52 0,67

T estándar paso angular 0,52 0,7 0,91 1,37 1,58 2,14 2,74

Fuente: (Garcia, 2010 - 2011) La ecuación para el cálculo de las pérdidas de carga es:

∆𝑃 =𝐶𝑅𝐶 ∗ 𝐿𝑒𝑞 ∗ 𝑄1.82

𝐷4.82=

3.47 ∗ 𝐿𝑒𝑞 ∗ 𝑄1.82

𝐷4.82 6.8

Fuente: (Garcia, 2010 - 2011)

Cálculo de la pérdida de carga de la tubería principal, la cual cuenta con los siguientes accesorios: 2 T estándar de paso recto, 8 codos de 90º y 2 válvulas de esfera. Con ayuda de la Tabla 26 se obtiene que la longitud equivalente de la tubería principal es:

𝐿 = 15 𝑚 + (2 ∗ 0.18) + (8 ∗ 0.18) + (2 ∗ 1.07) = 18.94 𝑚 Como anteriormente se determinó que el diámetro de la tubería principal es de 20mm y la nueva longitud de la tubería es 19 m se tiene que el valor de las pérdidas por carga es:

91

∆𝑃 =3.47 ∗ 19 ∗ 54.181.82

204.82= 0.0505 𝑏𝑎𝑟


Cálculo de la pérdida de carga de la tubería de servicio, la cual cuenta con los siguientes accesorios: 1 Codo de 90°, 1 válvula de esfera, 1 elemento de conexión de tuberías y una unidad de mantenimiento (filtro, regulador de presión y lubricación cuya pérdida de carga es de 8.2). Con ayuda de la tabla 26 se obtiene que la longitud equivalente de la tubería de servicio es:

𝐿 = 2.5 𝑚 + (1 ∗ 0.15) + (1 ∗ 0.76) + (1 ∗ 3.96) + (1 ∗ 8.2) = 15.6 𝑚 Como anteriormente se determinó que el diámetro de la tubería de servicio es de 16 mm y la longitud de la tubería es 16 m se tiene que el valor de las pérdidas por carga es:

∆𝑃 =3.47 ∗ 16 ∗ 25.081.82

164.82= 0.0307 𝑏𝑎𝑟

Fuente: (Garcia, 2010 - 2011) Criterio pérdidas totales, la máxima caída de presión admitida en las conducciones es el 10% de la presión nominal, es decir: 0.10 x Pn=0.8 Bar. Esta caída de presión es la suma de la caída de presión en la canalización principal y de todas las canalizaciones de servicio. Por lo tanto, la pérdida de carga total es:

∆𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∆𝑃𝑠𝑒𝑟𝑣 + ∆𝑃𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐 = 0.0505 𝑏𝑎𝑟 + 0.0307 𝑏𝑎𝑟 = 0.0812 𝑏𝑎𝑟 < 0.8 𝑏𝑎𝑟 6.9


92

En definitiva, la pérdida de carga total es menor a la máxima caída de presión admitida en las conducciones, por lo tanto, si cumple con la condición. 6.3.3 Cálculo de velocidad Para determinar la velocidad máxima del aire se hace uso de la siguiente ecuación:

𝑣 =354 ∗ 𝑄

𝑃𝑛 ∗ 𝐷2=

354 ∗ 𝑄

8 ∗ 𝐷2=

44.25 ∗ 𝑄

𝐷2 6.10


Velocidad de la tubería principal, la velocidad máxima del aire que pasa por la tubería principal no debe sobrepasar los 8 m/s.

𝑣 = 44.25 ∗ 54.18

202= 5.99 𝑚

𝑠⁄ < 8 𝑚𝑠⁄

En definitiva, la velocidad de la tubería principal si cumple con la condición. Velocidad de la tubería de servicio, la velocidad máxima del aire que pasa por la tubería de servicio no debe sobrepasar los 15 m/s.

𝑣 = 44.25 ∗ 25.08

162= 4.33 𝑚

𝑠⁄ < 15 𝑚𝑠⁄

En definitiva, la velocidad de la tubería de servicio si cumple con la condición. Según la norma UNE 1063, las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de azul moderado, UNE 48 103. La inclinación de las tuberías puede ser del 2% y al final debe instalarse una válvula de purga. Fuente (Solé, 2007)

93

6.3.4 Selección del Compresor La selección del tipo de compresor y de su capacidad son parámetros críticos en el diseño de una instalación de aire comprimido. Una acertada elección supone un gran ahorro energético durante el funcionamiento normal de la instalación. Los requerimientos de la red que afectan a la elección del compresor son los siguientes:

- Caudal de aire generado de 900 l/min (54.18 Nm3/h). - Presión nominal de trabajo 8 bar. - Máxima caída de presión admitida en la instalación 0.8 bar.

Fuente: (CONDOR GROUP, 2019) A continuación, se tiene una tabla comparativa con potencias estándar para realizar un cálculo aproximado de qué tipo de equipo se necesita para la instalación neumática de la máquina: Tabla 27: Tabla de Potencias Estándar

Fuente: (CONDOR GROUP, 2019) Tras estudiar diversas fichas técnicas de distintos fabricantes, se opta por instalar un compresor de tornillo de 10 HP de Potencia, con una presión de 145 PSI y un caudal de 0.96 m3/min. 6.3.5 Selección de la unidad de mantenimiento El aire comprime todas las impurezas que contiene, tales como polvo, hollín, suciedad, hidrocarburos, gérmenes, vapor de agua. A estas impurezas se suman

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las partículas que provienen del propio compresor, tales como polvo de abrasión por desgaste, aceites y aerosoles y los residuos y depósitos de la red de tuberías, tales como oxido, cascarilla, residuos de soldadura que pueden producirse durante el montaje de las tuberías y accesorios. Fuente: (Solé, 2007) Es importante eliminar estas impurezas en los procesos de producción de aire comprimido, en los compresores y en el de preparación para la alimentación directa de los dispositivos neumáticos. Por esto, es necesario instalar una unidad de mantenimiento que es la combinación de un filtro de aire comprimido, un regulador de presión y un lubricador de aire comprimido. El dispositivo no debe estar a más de 5 m del compresor para evitar la precipitación de las partículas de aceite en la tubería. Fuente (Garcia, 2010 - 2011) El filtro de partículas sirve para eliminar algunos contaminantes de tipo sólido, el regulador se encarga de disminuir la presión y el lubricador dosifica una cantidad requerida en algunas ocasiones por el equipo. Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:

- El caudal total de aire en m3/h es decisivo para la elección del tamaño de unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una caída de presión demasiado grande.

- La presión de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad, (10 bar) y la temperatura no deberá ser tampoco superior a 50°C.

En este caso, la unidad de mantenimiento elegida debe ser capaz de manejar un caudal de 54 m3/h) para una tubería de 20 mm de diámetro. 6.4 ERGONOMIA Para establecer las normas de ergonomía que se van a implementar en el diseño de la máquina, primero es importante especificar el tipo de población para el cual está dirigido, en este caso, quienes van a ejecutar el proceso son un grupo de operarias de estatura promedio que varía entre 1.50 m y 1.70m. Móndelo en su libro Ergonomía 1 Fundamentos, sugiere que para la correcta elección de la postura del operario se debe considerar diferentes parámetros, tales como: naturaleza del puesto, manipulación de cargas, movimientos, emplazamiento, movilidad, así obtener una postura recomendada. Móndelo

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pretende ofrecer una guía para la adecuada selección de la postura con el árbol de decisiones de la Figura 47. Para el caso del presente proyecto, el puesto de trabajo es fijo, con manipulación de cargas pequeñas, se debe considerar un espacio para las rodillas y pies para efectuar el accionamiento de un pedal cada vez que se requiera impulsar la fibra para rellenar el muñeco, y no se requiere que el operario se levante más de 10 veces por hora, pero si debe estar en una misma posición mientras se lleva a cabo el proceso de relleno, ya que es una tarea repetitiva. La postura recomendada es sentada. Una vez determinada la población y la posición, se deben analizar unas medidas básicas que se deben tener en cuenta para diseñar el puesto de trabajo, las cuales se pueden observar en la Tabla 28. Figura 47: Árbol de decisión para la elección de la postura de trabajo

Fuente: (Móndelo, 1999)

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Tabla 28: Medidas básicas para el diseño de Puestos de Trabajo

Posición Sentado

Altura poplítea AP

Distancia sacro-poplítea SP

Distancia sacro - rotula SR

Altura de muslo desde el asiento MA

Altura del muslo desde el suelo MS

Altura del codo desde el asiento CA

Alcance mínimo del brazo A mín. B

Alcance máximo del brazo A máx. B

Altura de los ojos desde el suelo AOs

Anchura de caderas sentado ACs

Anchura de codo a codo CC

Distancia respaldo – pecho RP

Distancia respaldo – abdomen RA

Altura del codo al suelo CSp

Fuente: (Móndelo, 1999) Figura 48: Dimensiones antropométricas.

Fuente: (Móndelo, 1999)

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Como la máquina es diseñada para un grupo de 3 operarias de diferente estatura es necesario tener en cuenta las medidas de cada una, pero las dimensiones relevantes para el diseño son altura del codo al suelo (CSp), alcance mínimo del brazo (A mín. B) y alcance máximo del brazo (A máx. B), los datos obtenidos se pueden observar en la Tabla 29. Tabla 29: Dimensiones en metros de cada operaria

Estatura

Altura del codo al suelo

Alcance mínimo del brazo

Alcance máximo del brazo

Operaria 1 1.72 m 0.72 m 0.44 m 0.77 m

Operaria 2 1.69 m 0.70 m 0.42 m 0.75 m

Operaria 3 1.65 m 0.68 m 0.44 m 0.73 m

Promedio 1.68 m 0.70 m 0.43 m 0.75 m

Elaborado por los autores. Como las medidas de la tabla 29 no tienen grandes variaciones se puede tomar el promedio entre las tres dimensiones. En definitiva, se puede concluir que las boquillas deben ir ubicadas a 0.7 m del suelo y las boquillas deben tener una medida máxima de 0.32 m, esta medida surge de la resta entre el alcance máximo y mínimo del brazo. De igual forma, se tomó como base del diseño un percentil P90 de las medidas de las mujeres colombianas, entre los 20 y 59 años, de un estudio realizado por la Universidad de Antioquia, cómo se puede observar en la Tabla 30.

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Tabla 30: Parámetros antropométricos de la población laboral colombiana.

Fuente: (M, Jairo Estrada, 1998) 6.5 DISEÑO DE BOQUILLAS El sistema de dosificación es el encargado de transferir la fibra siliconada que viene del proceso de separación, a las diferentes boquillas para rellenar el producto, buscando mejorar los tiempos de producción y disminuir la carga laboral al operario.

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Para el diseño de las boquillas, se tiene en cuenta la información del capítulo 2 sección 2.2 de este documento, donde se establecieron 5 grados de complejidad, siendo la primera la que presenta menor grado de complejidad a la hora de rellenar y la 5 la más complicada, esta asignación se toma con base en las referencias más vendidas de la empresa, en la Tabla 31 se puede observar un breve resumen de las complejidades y referencias escogidas. Tabla 31: Referencias seleccionadas para cada nivel de complejidad

Nivel de Complejidad

Referencia Tamaño

1 Balón 0.3 m de diámetro

2 Cojín 0.4 m de alto

3 Minion 0.55 m de alto

4 Osisanitas 0.25 m de alto

5 Tazmania 0.2 m de alto

Elaborado por los autores. Es importante aclarar que las referencias de las complejidades 1 y 2 tienen una única abertura, ya que el primero es de forma esférica y el segundo tiene forma de U, cuadrado, circulo, estrella o corazón, pero para las complejidades restantes se presenta un grado de complejidad mayor, ya que estas tienen secciones adicionales como brazos, manos, piernas, pies, cabeza, trompa y cuerpo según la medida del muñeco. Para definir el tamaño de las boquillas a implementar, es necesario medir la abertura de cada una de las secciones de estas referencias, este registro se puede observar en la Tabla 32. Tabla 32: Medidas por referencia.

Referencia Medidas

A (m) B (m) C (m) D (m) E (m) F (m)

Balón 0.30 0.09 X x x x

Cojín 0.40 0.08 X x x x

Minion 0.55 0.1 0.1 0.1 0.05 0.6

Osisanitas 0.25 0.08 0.07 0.06 0.035 0.04

Tazmania 0.20 0.06 0.06 0.06 0.03 0.03


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Donde, A es la altura. B es la abertura principal cuerpo. C es la abertura de la cabeza. D es la abertura de la trompa. E es la abertura de los brazos y manos. F es la abertura de las piernas y pies. Se establece que según las medidas obtenidas en la Tabla 30 se necesita tener al menos 4 tipos de boquillas diferentes que son:

- 1 boquilla de 0.02 m de diámetro para las aberturas comprendidas entre 0.02 y 0.04 m.



- 1 boquilla de 0.10 m de diámetro para las aberturas de 0.1 m en adelante, esta se tiene en cuenta por que en algunas ocasiones se deben rellenar muñecos de mayor dimensión, como se puede observar en el Anexo 21.

101

7 DISEÑO DEL SISTEMA DE ACCIONAMIENTO El sistema de accionamiento del proceso es el encargado del control y de la seguridad de las fuentes de energía, del funcionamiento de los actuadores y la lectura de los sensores. La programación se realiza por medio de un Controlador Lógico Programable (PLC) en el que se tienen en cuenta los procesos principales de la máquina de rellenar peluches, alimentación de materia prima y dosificado de la fibra siliconada. 7.1 ESQUEMA DE CONTROL La programación de todo el sistema incluye tres procesos que corresponden al funcionamiento de la máquina, el control del compresor para el proceso de dosificado de la fibra siliconada y el proceso de alimentación de la materia prima. En la figura 49 se puede observar el GRAFCET diseñado para el esquema de control. Figura 49: GRAFCET del esquema de control.


102

El proceso comienza cuando el sistema de separación, de dosificación y de alimentación se encuentran en estado apagado, adicionalmente se debe tener en cuenta que no haya ninguna alerta del compresor. En el sistema de indicadores del compresor se puede identificar la presión del aire en el almacenamiento donde se espera que se mantenga igual o menor a 120 PSI, también se pueden leer variables como la temperatura del compresor en cuanto a la mezcla de salida de aire y aceite la cual se espera que esté por debajo de 90°C y de igual forma el nivel de aceite en los elementos mecánicos del compresor donde debe estar encendido el testigo. Cuando estas variables estén dentro del rango esperado y la presión del aire en el tanque de almacenamiento es menor a la máxima se enciende el compresor y el secador, en el momento en que la presión este en su punto máximo el compresor y el secador se apagan Cabe resaltar que el accionamiento de la etapa de dosificación en la máquina es la que hace que la presión baje en el tanque, debido al uso del aire comprimido, si la presión, la temperatura y el nivel del aceite bajan más de lo esperado se activa una alarma. El proceso de alimentación se genera con la lectura de la variable matemática interna del controlador donde se calcula la fibra que ha salido de la máquina, mediante la identificación de las boquillas y la calibración de las constantes de salida de fibra en gramos por unidad de tiempo (ms) para cada una. Cuando este cálculo indica que ha salido la mitad de la fibra se detecta si hay fibra para reabastecer automáticamente la máquina y se calcula el tiempo de accionamiento de la turbina para suplir la cantidad requerida en el instante. Después de accionar la turbina se vuelve al estado de espera. El proceso principal o el funcionamiento de la máquina se genera en el instante de activar el botón de inicio, donde se enciende el motor que genera el accionamiento mecánico de la separación de la materia prima, y se queda a la espera de que se active la válvula neumática a través del pedal, permitiendo el paso del aire comprimido ejerciendo la acción de dosificación y relleno. En este momento, se genera una operación matemática donde se involucran los sensores de detección del tipo de boquilla para así calcular la fibra empleada respecto al tiempo, con el fin de determinar la cantidad dosificada. Al soltar el pedal se detiene esta etapa de dosificado y se activa un temporizador que cuando llega a un tiempo de 10 minutos, desactiva la etapa de separación, para así reducir consumo eléctrico y costos de funcionamiento y se queda a la espera de volver a ser accionada.

103

7.2 ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC. Las entradas y salidas del PLC de cada sistema; funcionamiento de la máquina, sistema neumático y para el proceso de alimentación de materia prima se pueden observar en la Tabla 33 y en los Anexos 6, 7, 8, 9 y 10. Tabla 33: Entradas y salidas del PLC.

PROCESO ENTRADAS SALIDAS

FUNCIONAMIENTO

Pulsador INICIO

Pulsador START

Sensor inductivo BIT1

Sensor inductivo BIT2

Pedal

Pulsador parada

Motor separación

Válvula electroneumática

SISTEMA NEUMATICO

Sensor de presión

Sensor de temperatura

Sensor de nivel aceite

Compresor

Secador

Alarma

Enfriador

ALIMENTACIÓN DE MATERIA PRIMA

Sensor capacitivo Turbina

Elaborado por los autores. 7.2.1 Diagrama de conexión de entradas y salidas del PLC Los diagramas de las entradas y salidas respectivas del PLC, según la programación realizada, se encuentran en la sección de anexos de este documento del 3 al 8. 7.2.2 Tablero Eléctrico El tablero de mando se encuentra ubicado en la parte frontal de la máquina, está compuesto por un gabinete el cual en su interior contiene los dispositivos de

104

conexión, control y protección, como lo son para este caso el PLC, contactores, relés, guardamotores y el respectivo cableado. En el exterior, en la tapa contiene los dispositivos de maniobra, comando, alarmas y sus diferentes señalizaciones, para este caso los dispositivos serán para maniobra:

- Un pulsador verde, que según el código de colores es el encargado de sacar el proceso del estado E0, así como se explica en la sección 7.1, permitiendo el inicio del proceso.

- Un pulsador rojo, que según el código de colores es el encargado de realizar la parada frente a algún suceso inesperado en el sistema de alimentación, separación y dosificación.

- Una parada de emergencia que se encarga de apagar todos los sistemas incluyendo el compresor y secador, en caso especial de riesgo cuando se dispara una alarma del sistema neumático.

Para la señalización:

- Cuatro pilotos de color verde, que según el código de colores indican el correcto funcionamiento y accionamiento, en este caso del compresor, motor de separación, turbina y válvula de dosificación.

- Cuatro pilotos de color rojo que según código de colores indican emergencia de condición peligrosa y requiere acción inmediata, en este caso uno para alarma de ausencia de fibra y los demás para alarmas de temperatura, nivel de aceite y presión en el sistema neumático en caso de que el control del compresor de esta variable no cumpla con su labor.

Se ubican los dispositivos de señalización en la parte superior de la tapa y los de maniobra en la parte superior, con el fin de que el operario al momento de accionar algún pulsador este no pierda la visibilidad de los indicadores. La altura a la que se encuentra el gabinete depende de la distribución de los dispositivos externos debido a que según lo planteado en la sección 6.4 de este documento la altura adecuada de trabajo es de 0.7m, por lo tanto, a esta altura se deben encontrar los dispositivos de maniobra y al lado de las boquillas ya que allí se encuentran las manos del operario la mayor parte del tiempo y puede tener una mejor acción de respuesta frente a cualquier eventualidad. En el Anexo 27 se puede encontrar el diseño del tablero de mando. El tablero de mando eléctrico estará ubicado en la máquina a una altura de 0.9 m y a 90° del brazo derecho del operario, teniendo en cuenta que para mayor comodidad y fácil reacción a una situación pertinente el operario pueda accionar cualquier botón de manera rápida y eficaz.

105

7.3 P&ID En el Anexo 11 se observa el diagrama P&ID de la máquina y la línea neumática donde se incluyen todos los elementos mecánicos, neumáticos y líneas de control identificando los sensores y actuadores. 7.4 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA En esta sección del documento se puede evidenciar la consolidación del diseño de la máquina contemplando el CAD donde se observa en la Figura 50 la estructura completa de la máquina con los elementos ensamblados después de haber realizado los diseños y cálculos respectivos a cada uno de los subsistemas, y es así como se espera que se vea al momento de realizar la construcción. Figura 50: Diseño CAD de la estructura de la máquina.


106

En las Figuras 51 y 52 se puede observar la vista frontal y trasera de la máquina, con el objetivo de tener un dimensionamiento más completo de la máquina para rellenar muñecos, cojines y babuchas. Figura 51: Vista frontal de la estructura de la máquina.

Elaborado por los autores. Figura 52: Vista trasera de la estructura de la máquina.

107

En la Figura 53 se observa la vista explosionada del ensamblaje total de la máquina donde se aprecia cada elemento por separado. Figura 53: Vista explosionada de la estructura de la máquina.


108

8 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO Un prototipo es un primer modelo que sirve como representación o simulación del producto final y que permite verificar el diseño y confirmar que cuenta con las características específicas planteadas. (Sendeka, 2019) 8.1 DISEÑO DEL PROTOTIPO La máquina está compuesta por 3 subsistemas principales que son: el subsistema de alimentación, que está comprendida por la tolva y la turbina que impulsa la alimentación automática de la fibra siliconada; el subsistema de dosificación, que contiene tanto el compresor como la línea neumática previamente calculados y diseñados; el subsistema de accionamiento y control, encargado, del funcionamiento semiautomático; y por último, se encuentra la estructura de la máquina con las etapas de separación y dosificado. El prototipo tiene como objetivo comprobar los resultados obtenidos en los dos experimentos que se realizaron para el diseño de la máquina, que consistieron en determinar la presión adecuada de trabajo para el subsistema de dosificación, y en hallar la fuerza necesaria para realizar el proceso de separación de la fibra siliconada. Al momento de diseñar el prototipo se optó porque las medidas fueran a escala 1:2 aproximadamente, con el objetivo de obtener un resultado semejante al esperado. Para el sistema de dosificado se consideró el uso de una línea neumática con la capacidad de satisfacer la presión y caudal requeridos según los resultados obtenidos, es decir 8 Bar y un caudal de 54.18 Nm3/h, El sistema de separación se diseña con un eje de 1 in de diámetro y un motor de 1/3 hp que en conjunto con la caja reductora entregan a la salida 35 RPM, en el diseño se requiere usar un motor de 1hp y un sistema de transmisión de 70 RPM. El diseño del prototipo se puede observar en los Anexos 22, 23, 24, 25 y 26 de este documento.

109

8.2 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO Para la construcción del prototipo se utilizan materiales con propiedades físicas semejantes a los de la máquina diseñada, con el objetivo de obtener resultados que permitan evaluar el diseño. A continuación, se tiene el proceso detallado que se realizó para la construcción del prototipo. Se adquirieron todos los materiales, que son: 5 láminas de HR de 2mm para la base de la estructura de la máquina, este tipo de material es usado más que todo en construcción, adicionalmente se adquirieron dos ángulos de 2m cada una, siendo estos los que permitían la unión de las láminas, para fijarlos de forma fácil y funcional, se decidió unir las caras del ángulo a la lámina mediante pernos de 3/8 de pulgada, se optó por construir la base como un cubo, dejando la cara superior descubierta para que se pueda observar el proceso de separación. Para sostener la fibra siliconada en el interior, se empleó como base medio cilindro hecho con una caneca de 16 galones que se cortó por la mitad, a la cual se le hace una abertura en el centro para que la fibra se dirija hacia el ducto de dosificación, este ducto se realizó con un tubo de cartón grueso, como se puede observar en la Figura 54. Figura 54: Estructura del prototipo.

Elaborada por los autores.

110

Para el sistema de separación, se usó un eje de acero de construcción de 1 in de diámetro. A través de él se realizaron, con ayuda del CNC, 5 orificios pasantes roscados, como se puede observar en el Anexo 25. De igual forma, el eje está sujeto por medio de dos chumaceras de 1 in en cada extremo, y gira con ayuda de un motor de ¼ hp que, en conjunto con una caja reductora sinfín corona, entregan a la salida 35 RPM, este va conectado directamente al extremo del eje mediante cuña y cuñero. En el eje se instalan 5 pares de palas, para las cuales se empleó una barra roscada de ½ in, se sujetan al eje por medio de rosca y contra rosca, estas son las encargadas de sostener en sus extremos los cepillos que se diseñaron teniendo en cuenta el experimento 2, que se explica en el capítulo 4 sección 4.2 de este documento, se elaboraron en MDF de 0.02 m de espesor y 10 puntillas de acero de 4 in simulando las cerdas de cada cepillo ubicado en cada pala. Para la dosificación se emplea como ducto un cilindro de cartón industrial de 0.06 m de diámetro, se escogió de este tamaño ya que coincide con el diámetro más grande calculado para el diseño de las boquillas, que se realizó anteriormente en el capítulo 6 sección 6.5 de este documento, y para la dosificación con neumática se emplea la línea neumática de las instalaciones del laboratorio de Ingeniería de Automatización de la Universidad de la Salle, la cual cumple con los parámetros de presión y caudal calculados, es decir 800 kPa y 54.18 N-m3/h, respectivamente, así como con el compresor escogido.

Figura 55: Prototipo final.

Elaborada por los autores.

111

8.3 RESULTADOS Una vez construido el prototipo, cuyo resultado final se puede observar en la Figura 55, se procede a realizar cuatro pruebas que tienen como objetivo verificar la funcionalidad del diseño elaborado, para cada prueba se abasteció la máquina de aproximadamente 400 g de fibra siliconada. Al accionar el motor se puede comprobar que pasados 50 s, se llega a la separación esperada por parte de las palas y sus respectivos cepillos, por lo cual se puede asumir como el tiempo de espera para activar el sistema de dosificación. Primero se realizan dos pequeñas pruebas permitiendo el paso de aire comprimido, con el objetivo de verificar que la fibra siliconada se esté separando correctamente, y no se acumule en el ducto de dosificación. Figura 56: Pruebas del prototipo.


112

Una vez se pudo verificar que la fibra siliconada si quedaba separada como se esperaba, se realizaron dos pruebas, cabe resaltar que en ninguna de estas pruebas se intentó rellenar un muñeco, como se puede observar en la Figura 57. Figura 57: Primera prueba.

Elaborado por los autores. En la tabla 34 se puede observar los datos obtenidos de las dos pruebas que se realizaron sin posicionar un muñeco en la salida del ducto. Tabla 34: Resultados pruebas sin muñeco.

PRUEBA SIN BOQUILLA PRUEBA CON BOQUILLA

Fibra (g) Tiempo (s) Fibra (g) Tiempo (s)

ENSAYO 1 77 5.5 31 11.4

ENSAYO 2 78 5.8 31.5 12

ENSAYO 3 80 6.3 28 11.6

ENSAYO 4 82 6.4 30 11

ENSAYO 5 83.5 6.1 31 10.5

PROMEDIO 80.1 6.02 30.3 11.3


113

En la primera prueba se logró dosificar 80g en 6s lo cual indica que se dosificó 13.3g por segundo, al ser comparado con el mejor resultado calculado en el experimento de presión, el cual fue de 5g dosificados en 1s, representa una efectividad de 266% en el mejor de los casos. La segunda prueba se realizó con el menor diámetro de boquillas seleccionadas, el cual es de 2mm. Como resultado se dosificaron 30g en 11s es decir 2.7g por segundo, que, comparado con el mejor resultado obtenido en el diseño de experimentos de presión, el cual fue de 5g dosificados en 1s, se obtiene una efectividad del 54%, al ser comparado con el mejor resultado obtenido en el proceso de relleno manual que es de 2.01g por segundo da una efectividad del 134.3%, aun así, se logra mejorar el tiempo de relleno. Luego se procedió a realizar 2 pruebas más, donde al igual que en las dos anteriores, se realizó una usando boquilla y la otra no, pero esta vez con la diferencia de que a la salida de la fibra se colocó un peluche para ser rellenado. Figura 58: Segunda Prueba


114

En la tabla 35 se pueden observar los datos obtenidos de las dos pruebas que se realizaron con muñeco posicionado en la salida del ducto. Tabla 35: Resultados pruebas con muñeco.

PRUEBA SIN BOQUILLA PRUEBA CON BOQUILLA

Fibra (g) Tiempo (s) Fibra (g) Tiempo (s)

ENSAYO 1 73.2 5.5 23.8 11.4

ENSAYO 2 70.5 5.4 26 11

ENSAYO 3 65.7 6.4 24.7 10.2

ENSAYO 4 73.6 5.7 30 12.1

ENSAYO 5 77.6 6.6 27 11.4

PROMEDIO 72.12 5.92 26.3 11.2

Elaborado por los autores. En la tercera prueba se logró dosificar 72,12 g en 6 s lo cual indica que se dosificó 11.74 g por segundo, que, al ser comparado con el mejor resultado calculado en el experimento de presión, el cual fue de 5 g dosificados en 1 s, representó una efectividad de 234%. La cuarta prueba se realizó con la boquilla de 2mm. Como resultado se dosifican 26.3 g en 11 s es decir 2.38 g por segundo, que comparado con el mejor resultado calculado en el experimento de presión, el cual fue de 5g dosificados en 1s lo que da una efectividad de 47.7%, y al ser comparado con el mejor resultado obtenido en el proceso de relleno manual que es de 2.01 g por segundo da una efectividad del 118.4%, lo que indica que se logra superar por poco el tiempo de relleno de un trabajador, pero reduciendo el esfuerzo que antes tenía que realizar manualmente. Por último, se pudo observar que después de que se dosifica el 58% de la fibra siliconada, la velocidad de dosificación baja debido a que la fibra no se distribuye uniformemente, haciendo que no se dosifique constantemente sino por tramos, por eso se recomienda que la máquina esté en funcionamiento con una cantidad de fibra superior o igual al 50 % de la capacitad total, manteniendo 8% de holgura frente al dato observado.

115

9 CONCLUSIONES Durante el desarrollo del proyecto se logró determinar que: 1. Para el proceso de dosificado de la fibra mediante aire comprimido, es necesaria una presión de 800 kPa. 2. Se realizó el dimensionamiento de la línea neumática, dando como resultado la necesidad de un compresor de 10 Hp, con una tubería principal de 20 mm de diámetro y una tubería secundaria de 16mm. Con base en los parámetros de diseño definidos, se estableció el volumen y la capacidad de la fibra siliconada adecuados para la etapa de separación, la cual es de 5kg. Así mismo y teniendo en cuenta el experimento realizado, se define que la fuerza de separación necesaria de la fibra es de 52,92 N. Las boquillas deberán ir a una altura promedio de 0,70m donde la longitud máxima de la boquilla es de 0.32m, teniendo en cuenta el estudio y análisis de las normas de ergonomía realizado a las operarias de la empresa basado en el libro de Móndelo Fundamentos de Ergonomía 1. Se calcularon y diseñaron los dos sistemas de transmisión seleccionados (caja reductora y un sistema de cadena), los cuales son los encargados de transmitir la potencia al eje de separación. En cuanto al diseño de la estructura se crearon dos compuertas: la primera facilita el mantenimiento al sistema de palas y cepillos del subsistema de separación; la segunda facilita el acceso al motor, pedal y el ducto de dosificación. Se hace uso de un Controlador Lógico Programable PLC para el accionamiento y control de la máquina, el cual brinda la flexibilidad necesaria para la implementación de la instrumentación y el control del proceso descrito en el GRAFCET (Figura 43). Para validar los diseños y demás procedimientos realizados durante el proyecto se decide hacer un prototipo en el cual se vea representada la estructura y los subsistemas de separación y dosificación. Para esto, se emplean materiales con

116

propiedades físicas semejantes tanto a los usados por otros fabricantes de máquinas. Se realizaron diferentes pruebas, cuyos resultados más relevantes son:

1. Con la boquilla de 0.03m de radio se obtuvo el mejor de los casos, donde se dosifico la fibra con una efectividad del 266% y con muñeco del 234%.

2. Con la boquilla de 0.01m de radio se obtuvo el peor de los casos, donde la efectividad es del 134.3% y con muñeco del 118.4%.

Las pruebas realizadas en el prototipo demuestran que la etapa de separación diseñada cumple con su objetivo, de igual forma, el sistema de dosificación. Los resultados obtenidos permiten comprobar que se puede disminuir la carga laboral sobre las extremidades de las trabajadoras y se puede aumentar la productividad significativamente dependiendo también del tipo de línea de producto a rellenar.

117

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118

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Solé, A. C. (2007). Neumática e Hidráulica . En A. C. Solé, Neumática e Hidráulica (págs. 10, 11.). España: Marcombo.

6

16,36

2,50 2,50 3,41

R2,

22

3,2

0 4,47 5,52 6

BOTELLA NO FUNCIONALBOTELLA 1

LAURA GOMEZ

JUAN CIFUENTES

PESO:

A3

HOJA 1 DE 1ESCALA:1:1

N.º DE DIBUJO

TÍTULO:

REVISIÓNNO CAMBIE LA ESCALA

MATERIAL:

FECHAFIRMANOMBRE

REBARBAR Y ROMPER ARISTAS VIVAS

ACABADO:SI NO SE INDICA LO CONTRARIO:LAS COTAS SE EXPRESAN EN MMACABADO SUPERFICIAL:TOLERANCIAS: LINEAL: ANGULAR:

CALID.

FABR.

APROB.

VERIF.

DIBUJ.

ANEXO 1ANEXO 1

238

66,0

670,67

20,9

1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.

SI NO SE INDICA LO CONTRARIO:LAS COTAS SE EXPRESAN EN MMACABADO SUPERFICIAL:TOLERANCIAS: LINEAL: ANGULAR:

ACABADO: REBARBAR Y ROMPER ARISTAS VIVAS

NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:

NO CAMBIE LA ESCALA REVISIÓN

TÍTULO:

N.º DE DIBUJO

ESCALA:1:2 HOJA 1 DE 1

A3

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

BOTELLA 2

BOTELLA NO FUNCIONAL 2

ANEXO 2

250

86,77

3,75

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO

ESCALA1:1 HOJA 1 DE 1

A3

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

BOTELLA 3

BOTELLA FUNCIONAL

ANEXO 3

106

206

100

412

,35

20

60

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Separacion

DISEÑO EXPERIMENTO

ANEXO 4

JUAN CIFUENTES

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

LINEA NEUMATICA

LAURA GOMEZ

ANEXO 5

APROBADO POR

MAQUINA RELLENADORA DE PELUCHES

REALIZADO PORFecha

2

FAGOVI CABLEADO DE POTENCIA

Pagina

FAGOVI

JUAN C- LAURA GBOGOTA

SEPTIEMBRE 2018

Version 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

CABLEADO DE POTENCIA

COMPRESOR ENFRIADOR SECADOR MOTOR SEPARACIÓN TURBINA

1

PE

PE 1

2

3

41

5

6

2Q1

15A

U1 V1 W1

PE

M1 3~M

1

2

3

4

5

6

K1/6.3

I> I>I>

U1 V1 W1

PE

M2 3~M

1

2

3

4

5

6

K2/6.3

I> I>I>

U1 V1 W1

PE

M3 3~M

1

2

3

4

5

6

K3/6.4

I> I>I>

U1 V1 W1

PE

M4 3~M

1

2

3

4

5

6

K4/6.6

I> I>I>

U1 V1 W1

PE

M5 3~M

1

2

3

4

5

6

K5/6.6

I> I>I>

L1 / 2.9

L2 / 2.9

L3 / 2.9

24V / 2.9

0V / 2.9

L1 / 2.0

L2 / 2.0

L3 / 2.0

24V / 2.0

0V / 2.0

L2

L1

L3

24V

0V

ANEXO 6

APROBADO POR


REALIZADO PORFecha

3

FAGOVI PLC - ENTRADAS

Pagina

FAGOVI


SEPTIEMBRE 2018

Version 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

MODULO ENTRADAS DIGITALES

PED

AL

PULS

ADO

R 1

SEN

SOR

IND

UCT

IVO

2

SEN

SOR

CAPA

CITI

VO 1

PULS

ADO

R 2

PULS

ADO

R 3

DIS

PON

IBLE

SEN

SOR

IND

UCT

IVO

1

2PLC1DVP20SX211R

/4.2/5.2/6.0

X0 X5 X6 X7

4X1

S/S

4X2

X1 X4X3X2

6X1 64X1

5X2

13

14SP1

1

4

2

SI1+ -

64X1

5X2

1

4

2

SI2+ -

64X1

5X2

1

4

2

SC1+ -

13

14P1

13

14P2

13

14P3

0VDC/ 3.0

24VDC / 3.9

0VDC / 3.9

24VDC/ 3.0

1

200

0

1

0

00 1

1

201

201

0

01

1

201

201

0

01

1

201

201

ANEXO 7

APROBADO POR


REALIZADO PORFecha

4

FAGOVI PLC - ENTRADAS ANALOGAS

Pagina

FAGOVI


SEPTIEMBRE 2018

Version 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

SEN

SOR

PRES

IÓN

1

MODULO ENTRADAS ANALOGAS

CH1 CH2

SEN

SOR

PRES

IÓN

2

PS1+ -

PS2+ -

2PLC1DVP20SX211R

/3.0/5.2/6.0

V0+ VI1-I0+ I1+V1+VI0- FE

6

24VDC/ 4.2

0VDC / 4.7

24VDC / 4.7

0VDC/ 4.2

ANEXO 8

APROBADO POR


REALIZADO PORFecha

5

FAGOVI PLC - ENTRADAS ANALOGAS

Pagina

FAGOVI


SEPTIEMBRE 2018

Version 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

MODULO ENTRADAS ANALOGAS

CH3 CH4

SEN

SOR

TEM

PERA

TURA

1

DIS

PON

IBLE

TS1+ -

2PLC1DVP20SX211R

/3.0/4.2/6.0

V2+ I2+ VI2- FEV3+ I3+ VI3-

6

24VDC/ 5.2

0VDC/ 5.20VDC / 5.7

24VDC / 5.7

ANEXO 9

APROBADO POR


REALIZADO PORFecha

6

FAGOVI PLC - SALIDAS

Pagina

FAGOVI


SEPTIEMBRE 2018

Version 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

MODULO SALIDAS DIGITALES

COM

PRES

OR

DIR

SDRI

VE

PULS

OSD

RIVE

TURB

INA

VÁLV

ULA

EL

ECTR

ON

EUM

ÁTIC

A

MO

TOR

SEPA

RACI

ÓN

SECA

DO

R

ENFR

IAD

OR

ALAR

MA

2PLC1DVP20SX211R

/3.0/4.2/5.2

Y0 Y4 Y5Y1 Y3C1Y2C0

A1

A2K1

A1

A2K2

A1

A2K3

A1

A2K4

A1

A2K5

Y4

x1

x2KY1

x1

x2

H1

24VDC/ 6.0

0VDC / 6.9

24VDC / 6.9

0VDC/ 6.0

ANEXO 10

M

M FILTROCOMPRESOR

ENFRIADOR

SEPARADORSECADOR

FILTRO DE PARTICULAS

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

UNIDAD DE MANTENIMIENTO

TURBINA DE ALIMENTACION

TOLVA DE ABASTECIMIENTO

PEDAL

ALARMAMOTOR DE

SEPARACION

VALVULA NEUMATICA

BIT 1, BIT 2

SISTEMA DE TRANSMISION

ZITZIT

LIT

TIT

PIT

PIT

ASVASC

TC

101

101

102 102

100

100100

100

100

PLC

1

P&ID MAQUINA Y SISTEMA NEUMATICOLAURA GOMEZ

JUAN CIFUENTESU. DE LASALLE

ANEXO 11

300 250

300 50

733

550

500

75

0

162

0

700 700

650

162

0 2

50

200

500

50

550

100

3

258

899

200 190

1600 1520

1450

695

100

191

100

50

80

157

315

R375

20

0

786

733

330

250

650

500

500

1

5

5

3

2

87

6

109

18

11

12 1617

1514

13

41 Estructura2 Cilindro3 Eje4 Palas5 Acceso mant.6 Boquilla7 Pedal8 Unidad neumatica9 Motor10 Reductor

11 Cadena12 Manguera alim.13 Tolva14 Soporte tolva15 Turbina16 Motor turbina17 Base motor18 Tablero electrico

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A3

PESO:

Juan Cifuentes

Laura Gomez

Maquina

Ensamble maquina

1

2

3

4

56

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

11 Cadena12 Manguera alim.13 Tolva14 Soporte tolva15 Turbina16 Motor turbina17 Base motor18 Pulsadores19 Tablero electrico

1 Estructura2 Cilindro3 Eje4 Palas5 Acceso mant.6 Boquilla7 Pedal8 Unidad neumatica9 Motor10 Reductor

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A3

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Maquina

VISTA EXPLOSIONADA

1510

162

0

100

191

100 110

0

695

650

650

710

110

0

1450 650

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Estructura

DISEÑO MAQUINA

ANEXO 14

1500

350

220

105

R100

R34

5

310 120

95

1500

70

0 300

220

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Cilindro

DISEÑO MAQUINA

ANEXO 15

138

0 5

0 4

0 3

0

150

0

30

40

R10

15

40

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Eje

DISEÑO MAQUINA

ANEXO 16

20

180

30

35

255 20

30

150

335

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUANCIFUENTES

LAURA GOMEZ

Pala

DISEÑO MAQUINA

ANEXO 17

200

R375

620

320

150

300

600

750

620 995

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Turbina

DISEÑO MAQUINA

ANEXO 18

786

614

40

0

180

500

614

2

83

106

786

500

283 220

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Tolva

DISEÑO MAQUINA

ANEXO 19

786

686

300

103

3

733

50

450

550

600

786

600

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Base Tolva

DISEÑO MAQUINA

ANEXO 20

100

50

169,39

200

10

0

R72

,73

58,

63

50

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

EJEMPLO

BOQUILLA

ANEXO 21

606

453

137

,50

20

20

800

50 80

25

25

R50

100

356

453

R175

223,50

48,

50

1

2

3

4

5

1 Estructura2 Eje3 Palas4 Cilindro5 Ducto boquilla

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.


NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:

TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A3

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Prototipo

Prototipo

REVISIÓNNO CAMBIE LA ESCALAREBARBAR Y ROMPER ARISTAS VIVAS

ACABADO:

ANEXO 22

606

453

R50

100 7

0 303

35

356

356

600 606

350

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Estructura

PROTOTIPO

ANEXO 23

356 350

226,50 56,

57

56,

11

600

356

100

100

R51,50

R48,50 25

103

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Cilindro

PROTOTIPO

ANEXO 24

25

15

150

200

2

25

225

800

800

225

3

12,5

0 2

62,5

0

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Eje

PROTOTIPO

ANEXO 25

80

20

15

15

117

,50

20

10 20

80

30 15

20

30

80

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A4

PESO:

JUAN CIFUENTES

LAURA GOMEZ

Pala

PROTOTIPO

ANEXO 26

500

500

100

180

10

40

35

45

8060

90

90

40

478,60

479

459,65

460

50

60 60 60

60 60

35

55 55

77

1

4

2

3

9

14

10

11

13

1287

6

5

1 PLC2 CONTACTORES3 BORNERA 4 CANALETA5 RACK6 PULSADOR INICIO 7 PULSADOR PARADA8 PARADA DE EMERGENCIA9 INDICADOR SEPARACION10 INDICADOR ALIMENTACION11 INDICADOR DOSIFICACION12 INDICADOR COMPRESOR13 INDICADOR ALARMA14 LLAVE DE SEGURIDAD

A A

B B

C C

D D

E E

F F

G G

H H

12

12

11

11

10

10

9

9

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJOESCALA:1:5 HOJA 1 DE 1

A2

PESO:

JUAN CIFUENTE

LAURA GOMEZ

TABLERO ELECTRICO

DISEÑO MAQUINA

Diseño y construcción de una máquina para la separación de ...

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