DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO PARA EL EMPAQUETADO DE TUBULARES EN LA EMPRESA PROPILFLEX DISGOMEZ LTDA.

YESENIA GÓMEZ ALVAREZ Cód. 2117339

DANIELA MARÍA SÁNCHEZ MARMOLEJO Cód. 2096167

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2018

DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO PARA EL EMPAQUETADO DE TUBULARES EN LA EMPRESA PROPILFLEX DISGOMEZ LTDA.

YESENIA GÓMEZ ALVAREZ Cód. 2117339

DANIELA MARÍA SÁNCHEZ MARMOLEJO Cód. 2096167

PASANTÍA INSTITUCIONAL Para optar al título de Ingeniero Mecatrónico

Director ALVARO JOSÉ ROJAS ARCINIEGAS

Ingeniero Mecatrónico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2018

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Nota de aceptación:

Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico Jimmy Tombé Andrade Jurado Diego Fernando Almario Jurado

Santiago de Cali, 22 de Mayo de 2018

4

CONTENIDO

Pág.

RESUMEN 14

INTRODUCCIÓN 15

1. ANTECEDENTES 16

2. MARCO TEÓRICO 19

2.1 MAQUINAS EXTRUSORAS 19

2.2 MAQUINAS EMPACADORAS 20

2.2.1. Tipos de máquinas empacadoras 20

2.2.2. Métodos de empaque. 24

2.3 SISTEMAS COMUNES EN LAS MAQUINAS EMPACADORAS 26

2.3.1. Sistema de orientación y posición 26

2.3.2. Sistema de arrastre y posición 27

2.3.3. Sistema de sellado y corte 27

2.3.4. Sistema electrónico de control. 27

2.4 SISTEMA DE PESO EN MAQUINAS EMPACADORAS 27

2.5 SISTEMA DE CONTEO EN MAQUINAS EMPACADORAS 28

2.6 TÉCNICAS DE SELLADO 30

2.6.1. Sellado por calor 30

2.6.2. Sellado por ultrasonido. 30

3. OBJETIVOS 31

5

3.1 OBJETIVO GENERAL 31

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 31

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 32

5. IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES 33

5.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 36

5.2 CASA DE LA CALIDAD: QFD 37

6. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 44

6.1 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL 44

6.2 SUBFUNCIONES 45

6.3 . GENERACIÓN DE CONCEPTOS 50

6.3.1 Versiones de diseño 51

6.3.1.2. VERSIÓN 2. 54

6.4 DISEÑO DETALLADO 65

6.4.1.Volante. 65

7. VALIDACIÓN 84

8. CONCLUSIONES 86

BIBLIOGRAFIA 88

ANEXOS 92

6

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Planteamiento de las necesidades del cliente. 34

Tabla 2. Ponderación de las necesidades del cliente. 35

Tabla 4. Relación métricas vs necesidades. 36

Tabla 5.Comparación entre las versiones de los conceptos de acuerdo con las especificaciones técnicas. 64

Tabla 6. Características de motores 78

Tabla 7. Símbolos designados para las entradas y salidas del sistema 81

Tabla 9. Comparativo de las CPU’s S7-200 82

Tabla 10. Características celda de carga MT1022 83

7

LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1.Diseño genérico de una máquina extrusora. 19

Figura 2. Empacadora Volumétrica ENVAPACK. 23

Figura 3. Máquina empacadora automática con multicabezal de pesaje EMC-10. 23

Figura 4. Máquina de empaque vertical modelo SUPER PACK 1000 C.C 25

Figura 5. Empacadora horizontal tipo FLOW PACK 250. 26

Figura 6. Sensor discreto D10A 29

Figura 7. Sensor infrarrojo inalámbrico de la serie LX 29

Figura 8. Relación Qué/Cómo – Extraído de la QFD 37

Figura 9. Comparación relativa de las necesidades– Extraído de la QFD 38

Figura 10. Comparación relativa de los requerimientos – Extraído de la QFD 39

Figura 11. Parámetros técnicos del sistema manual. 40

Figura 12. Comparación de los parámetros técnicos para cada uno de los sistemas a evaluar. 41

Figura 13. Gráficas Benchmarking – Extraído de la QFD 42

Figura 14. Gráficas Benchmarking – Extraído de la QFD 42

Figura 15. Caja negra del sistema 44

Figura 16. Descomposición del sistema – Caja gris 46

Figura 17. Funciones críticas del sistema – Transferencia de energía 46

Figura 18. Funciones críticas del sistema - Unidad de control 47

Figura 19. Funciones críticas del sistema –Sensores 49

Figura 20. Funciones críticas del sistema - Interfaz usuario maquina 50

8

Figura 21.Boceto concepto 1 51

Figura 22. Fotografía de la caja en la cual se transportan los palitos de bombón en grandes cantidades 53

Figura 23. Fotografía del prototipo en funcionamiento 54

Figura 24. Boceto concepto 2 55

Figura 25. Boceto estructura para la alternativa 2 55

Figura 26. Modelado alternativa 2 56

Figura 27. Estructura caja principal acoplada a la estructura 57

Figura 28. Estructura de sellado y corte 57

Figura 29. Sistema de corte, ranurado, ordenamiento y empaquetado de los tubulares. 58

Figura 30. Subsistema volante 59

Figura 31Subsistema cabezal 60

Figura 32. Subsistema canal 60

Figura 33. Mecanismo para separar los tubulares y permitir posteriormente su conteo 61

Figura 34. Mecanismo para selección del camino para los tubulares plásticos 61

Figura 35. Subsistema desplazador de cajas 62

Figura 36.Soporte para sistema y subsistema para transmisión de movimiento 63

Figura 37. Integración del sistema de corte – volante 65

Figura 38.Conteo de los tubulares 66

Figura 39. Sistema de desplazamiento 66

Figura 40. Acople volante,cadena,mazorca 67

Figura 41. Volante 68

9

Figura 42. Áreas seccionadas 70

Figura 43. Diagrama distancia - fuerza 71

Figura 44. Mazorca 73

Figura 45.Sistema de empalme a la cadena 74

Figura 46. Riel desplazador de cajas 76

Figura 47. Sensor LV-11SA 79

Figura 48.Conteo de los tubulares 79

Figura 49.Sistema de apilamiento 80

Figura 50. Características celda de carga MT1022 83

Figura 51. Vista explosionada de todo el sistema. 83

Figura 52. Simulación salida de la extrusora 84

Figura 53. Foto prueba realizada para la prueba del sensor de conteo. 84

10

LISTA DE ANEXOS Pág. Anexo 1. Diagrama eléctrico de conexiones de entrada al PLC 92

Anexo 2. Diagrama eléctrico conexiones de salidas del plc 93

Anexo 3. Diagrama de fuerza del sistema 94

Anexo 4. Vista explosionada apiladores 95

Anexo 5. Vista explosionada de la mazorca 96

Anexo 6.Vista explosionada del buril 97

Anexo 7. Vista explosionada de rieles 98

Anexo 8. Datasheet motor paso a paso nema 17 (2) 99

Anexo 9. Datasheet servomotor 100

Anexo 10. Datasheet motor principal del sistema gp-10 101

Anexo 11. Volante en diferentes posiciones 102

Anexo 12. Plano general volante 103

Anexo 13. Vista explosionada del volante 104

Anexo 14. Planos cubierta exterior del volante 105

Anexo 15. Plano cuerpo principal del volante 106

Anexo 16. Plano tolva del volante 107

Anexo 17. Plano soporte del eje de transmisión 108

Anexo 18. Plano del interior del volante 109

Anexo 19. Plano eje de transmisión del volante 110

Anexo 20. Plano general del cabezal 111

Anexo 21. Plano parte externa del cabezal 112

11

Anexo 22. Plano cabezal explosionado 113

Anexo 23. Plano cuerpo principal del cabezal 114

Anexo 24. Plano soporte eje transmisión mazorca 115

Anexo 25. Plano de la mazorca 116

Anexo 26. Plano del canal 117

Anexo 27. Plano detallado del canal 118

Anexo 28. Plano explosionado del canal 119

Anexo 29. Plano cuerpo principal canal central 120

Anexo 30. Plano soporte 2 canal 121

Anexo 31. Plano elemento de unión cabezal – canal 122

Anexo 32. Plano del elemento de salida del producto 123

Anexo 33. Plano seleccionador de salida 124

Anexo 34. Plano soporte seleccionador de salida 125

Anexo 35. Plano soporte servomotor 1 126

Anexo 36. Plano soporte servomotor 2 127

Anexo 37. Plano elemento soporte de transmisión 128

Anexo 38. Plano eje de transmisión 1 129

Anexo 39. Plano eje de transmisión 2 130

Anexo 40. Plano eje de cadena separadora 1 131

Anexo 41. Plano eje de cadena separadora 2 132

Anexo 42. Plano cadena separadora eslabón 133

Anexo 43. Plano canal derecho 134

Anexo 44. Plano elemento de salida al canal derecho 135

Anexo 45. Plano cuerpo del canal derecho 136

12

Anexo 46. Plano canal izquierdo 137

Anexo 47. Plano elemento de salida al canal izquierdo 138

Anexo 48. Plano cuerpo del canal izquierdo 139

Anexo 49. Plano soporte eje lona 140

Anexo 50. Plano soporte lona 141

Anexo 51. Plano lona 142

Anexo 52. Plano soporte rodillo guía salida 143

Anexo 53. Plano soporte motor guía salida 144

Anexo 54. Plano del rodillo guía para la salida 145

Anexo 55. Plano guía de salida 146

Anexo 56. Plano general desplazador de cajas 147

Anexo 57. Plano desplazador 148

Anexo 58. Vista explosionada del desplazador 149

Anexo 59. Plano del cuerpo principal del desplazador 150

Anexo 60. Plano del cuerpo principal del desplazador 151

Anexo 61. Plano del eje de transmisión primario 152

Anexo 62. Plano del eje de transmisión 153

Anexo 63. Plano del eje de desplazamiento 154

Anexo 64. Plano desplazador de la bandeja 155

Anexo 65. Plano de la estructura de la máquina 156

Anexo 66. Plano estructura de la máquina 157

Anexo 67. Vista explosionada de la estructura 158

Anexo 68. Plano detallado estructura máquina 159

Anexo 69. Plano del eje de transmisión del motor 160

13

Anexo 70. Plano del soporte eje de transmisión del motor 161

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RESUMEN

Los avances de la tecnología permiten al ser humano automatizar diferentes procesos dentro de la industria, corrigiendo así el error humano, mejorando la calidad de los productos y mejorando los tiempos de producción, a pesar de que la ciencia avanza muy rápido se encuentra que el desarrollo de máquinas capaces de mejorar un proceso en particular de una línea de producción puede ser de un costo muy elevado para las empresas que prestan el servicio de suministro a las grandes empresas. En este trabajo de grado se realiza el diseño de un sistema automático que permite realizar el empaquetado de tubulares plásticos utilizados en la industria alimenticia de forma automática, simplificando el proceso de corte y conteo de estos. A partir de lo anterior se comienza con la caracterización de las necesidades que se deducen de un acercamiento al cliente directo, con esto se logra un enfoque al proyecto como lo sugiere la metodología para el desarrollo de productos mecatrónicos. Como paso siguiente se generan conceptos que puedan dar solución al problema. Mediante matrices de tamizaje se dio ponderación a cada concepto, para obtener un diseño con las mejores opciones posibles, de esta forma se da cumplimiento a los objetivos mediante la aplicación de la ingeniería concurrente. Palabras claves Extrusión, sistemas de conteo, máquinas empacadoras.

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INTRODUCCIÓN Las empresas encargadas de producir suministros para la industria de alimentos tales como empaques, palos para bombones, mezcladores, y demás productos plásticos, manejan líneas de producción donde es necesario realizar un proceso de empaquetado para el transporte de estos suministros. Estas empresas dedicadas a la fabricación de productos plásticos mencionados anteriormente, tienen distinciones que las catalogan como PYME’s (Pequeñas Y Medianas Empresas) lo cual reduce las posibilidades de adquisición de maquinaria muy sofisticada debido a su costo, como es el caso de la empresa PROPILFLEX DISGOMEZ Ltda. la cual es una organización dedicada a la producción y comercialización de empaques flexibles de película en polipropileno monorientado transformable en empaques flexibles para la industria alimenticia. En la industria, gran parte de los procesos de empaquetado tienen características establecidas como la verificación del estado final del producto, cantidad determinada o peso y en algunos casos una orientación específica. Este control sobre el producto terminado se realiza como parte final de la gestión de calidad previo a la distribución. Aun cuando los principales objetivos de estos sistemas automatizados son la disminución del tiempo de fabricación y mejoras en la calidad, la seguridad de la persona a cargo es otro factor involucrado. Cuando este proceso es realizado de forma manual, el operario se ve expuesto ante riesgos industriales, de forma concreta, riesgos ergonómicos, con altas probabilidades de padecer lesiones como consecuencia de largos ciclos de trabajo y posturas inadecuadas. Actualmente en la empresa PROPILFLEX DISGOMEZ Ltda. el proceso de empaquetado de palos de bombón se realiza de forma manual, incurriendo en los riesgos mencionados anteriormente para las personas encargadas de llevarlo a cabo. Por tal motivo, es de interés realizar el diseño de una máquina que permita de forma automatizada el desarrollo del proceso de empaquetado, cumpliendo con las normas y estándares de seguridad, que disminuirá los altos riesgos que puedan poner en peligro la salud de quien haga uso del sistema.

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1. ANTECEDENTES Los sistemas de empaque a diferencia de otro tipo de maquinaria utilizada en la industria presentan grandes variaciones en su diseño según el proceso para el cual sea utilizado y las características de éste, y a pesar de la gran oferta que existe en el mercado, es de gran dificultad para las empresas encontrar un producto que se ajuste en detalle a su proceso. Por esta razón, en los últimos años en diferentes universidades se han desarrollado avances en el tema, reforzando la línea de investigación y promoviendo el diseño abierto mencionado anteriormente, el cual propone la implementación de sistemas de forma modular, permitiendo la integración de los principales sistemas de una maquina empacadora con las variaciones pertinentes de un proceso industrial determinado en cada empresa. En el 2007, en la universidad de La Salle, Bogotá se presentó el “DISEÑO Y MODELAMIENTO DE UNA MÁQUINA DOSIFICADORA Y EMPACADORA DE FRUTAS DESHIDRATADAS” partiendo de condiciones establecidas para el empaque de un producto en particular, planteando metodologías y elementos que podrían proponer una solución viable para el empaque de dicho producto. En este proceso se lleva a cabo un diseño modular, en donde se plantean diferentes fases del diseño. Como resultado de esta investigación se obtiene el modelo de una maquina dosificadora y empacadora de uchuvas deshidratadas, incluyendo método semiautomático de control electrónico para el proceso ya descrito. Dichos resultados plantean una alternativa real que está dirigida a las pequeñas y medianas industrias productoras de alimentos deshidratados. A su vez, en 2009, en una investigación realizada por la universidad EAFIT y la Escuela de Ingeniería de Antioquia, en Medellín tuvo lugar el “DISEÑO DE UNA MÁQUINA DE EMPAQUE SECUNDARIO” cuya aplicación específica era la fabricación de empaques de bolsas de leche de un litro como parte de una necesidad planteada por la Cooperativa Lechera Colanta. Para tal efecto se presenta una máquina automática que realiza la labor de empaque posibilitando una reducción en los costos de mano de obra y los tiempos de empacado. En la Universidad Autónoma de Occidente, entre los años 2010 y 2014 en el programa de ingeniería mecatrónica se han llevado a cabo 11 pasantías institucionales en importantes empresas del sector, enfocadas a resolver problemas en el área de empaques y/o agrupamiento de objetos clasificados según un peso determinado. Sobre la clasificación de objetos, cabe resaltar el “DISEÑO DE UNA MAQUINA AUTOMATIZADA PARA LA CLASIFICACIÓN DE PRESAS DE POLLO” para la empresa Avícola y Salsamentaría Calidad, en la cual se realizó el diseño de una máquina capaz de clasificar las presas de pollo por su respectivo peso en tres

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rangos y de esta manera aumentar la productividad de clasificación, eliminando problemas de tipo ergonómicos en el personal de esta sección de la empresa. 1 En cuanto a las diferentes propuestas de diseño encaminadas a las líneas de empaque, en 2011 se realizaron tres pasantías en la empresa Colgate – Palmolive; el “DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRONICO PARA LA AUTOMATIZACION DEL PROCESO DE EMPAQUE EN CAJA PARA TUBOS LAMINADOS EN LINEAS FORMADORAS DE TUBO” 2 el cual involucraba conceptos de seguridad industrial y ergonomía, debido a que este era un proceso repetitivo realizado de forma manual. De igual forma, fueron concebidos diseños de sistemas de empaque en cajas para productos de la línea de suavizantes - “DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRONICO PARA EL PROCESO DE EMPAQUE EN CAJAS DE LOS PRODUCTOS DE LA LINEA SUAVIZANTES EN PRESENTACION DOY PACK DE 200 CM” 3- y cremas de dientes para la línea 1 de la planta de cuidado oral. 4 Finalmente, en 2014 fue implementado un prototipo virtual de una máquina automática empacadora de productos a granel que hacen parte de la canasta familiar, por los estudiantes Juan David Caicedo Hernández y Jhónatan Rincón Hernández, el cual iba dirigido a pequeñas y medianas empresas que realizan el empaquetado de este tipo de productos de forma manual, incumpliendo con las normas de higiene establecidas y tomando tiempos de producción exagerados.5 1 CHAVEZ GÓMEZ, Fabián. VILLEGAS LASTRA, Sergio. “Diseño de una maquina automatizada para la clasificación de presas de pollo”. Trabajo de Grado Ingeniería Mecatrónica. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 2014. p. 32 2 JARAMILLO MUÑOZ, Anderson. “Diseño de un sistema mecatrónico para la automatización del proceso de empaque en caja para tubos laminados en líneas formadoras de tubo en la empresa colgate palmolive colombia” Trabajo de Grado Ingeniería Mecatrónica. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 2011. p. 48 3 VELASCO, Juan Guillermo. “Diseño de un sistema mecatrónico para el proceso de empaque en cajas de los productos de la línea suavizantes en presentación doy pack de 200 cm en la empresa colgate palmolive colgate”. Trabajo de Grado Ingeniería Mecatrónica. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 2011. p.54 4 VARGAS HOLGUIN, Víctor Raúl. “Diseño de un sistema mecatrónico para la automatización de empaques de cremas de dientes en cajas para la línea 1 de la planta de cuidado oral en colgate palmolive colombia” Trabajo de Grado Ingeniería Mecatrónica. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 2010. p.120 5 CAICEDO HERNANDEZ, Juan David. RINCON HERNANDEZ, Jhonatan. “Diseño y desarrollo de un prototipo virtual de una máquina automática para empacar productos a granel que hacen parte de la canaste familiar” Trabajo de Grado Ingeniería Mecatrónica. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 2014. p.85

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Los diseños mencionados anteriormente evidencian la necesidad presentada por la industria, tanto en grandes como pequeñas y medianas empresas, por desarrollar soluciones específicas que se adapten a sus líneas de producción, ya que aun cuando el mercado de fabricantes de máquinas empacadoras es bastante amplio, la mayoría de ellos manejan productos genéricos los cuales difícilmente se adaptan a una línea de producción previamente implementada.

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2. MARCO TEÓRICO A continuación, se expondrán algunos conceptos importantes para el desarrollo del proyecto además de técnicas y métodos indispensables para lograr cumplir con todos los objetivos planteados. 2.1 MAQUINAS EXTRUSORAS La extrusión de polímeros es un proceso industrial, basado en el mismo principio de la extrusión general, sin embargo, se han desarrollado parámetros específicos para el plástico de manera que se estudia este proceso de forma independiente de la extrusión de metales u otros materiales. El polímero fundido es forzado a pasar a través de un dado o boquilla, por medio del empuje generado por la acción giratoria de un husillo que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas controladas llamada cañón, con una separación milimétrica entre ambos elementos. El material polimérico es alimentado por medio de una tolva en un extremo de la máquina y debido a la acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otro lado con un perfil geométrico preestablecido. Figura 1.Diseño genérico de una máquina extrusora.

Fuente: GOMEZ GOMEZ, Jimmy. GUTIERREZ BEDOYA, Jorge E. “Diseño de una extrusora para plásticos” [Figura]: Trabajo de grado Tecnología en Mecánica. Pereira: Universidad Tecnológica de Pereira. Facultad de Tecnologías, 2007. p.80 [Consultado el 10 de Junio de 2017]. Disponible en Internet: http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/1110/1/668413G633d.pdf La fabricación antigua de las maquinas extrusoras era realizada de forma unificada, donde el usuario final dependía de los sistemas ofrecidos y preestablecidos por los

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proveedores de equipos, para la adquisición del diseño adecuado para su proceso y material específico. Actualmente las extrusoras son fabricadas teniendo como principio un sistema abierto de construcción en partes individuales con el propósito de facilitar a los usuarios la adaptación de la máquina a cualquier tipo de material y geometría según sus necesidades. 6 2.2 MAQUINAS EMPACADORAS El proceso de empaque consiste en brindar protección y facilitar el transporte de un determinado producto a través de una envoltura. Existen varios tipos de empaques como son: principal (contiene el producto para ser pesado o medido), secundario (se desecha al utilizar el producto, por ejemplo, una caja individual) y el empaque de envío (caja utilizada para almacenar y transportar varias unidades). Las decisiones del tipo de empaque se basan en los factores de costos y producción.7 Los sistemas de empaque han evolucionado a lo largo de los años, buscando diseños que se adapten a todo tipo de producto para su distribución. En 1932, Walter Swoyer diseñó e implementó la primera máquina empacadora por formado/llenado/sellado para empaques de dulces y desde entonces, se han desarrollado tecnologías enfocadas a estudiar materiales y procesos que permitan realizar de forma más eficiente y económica. En 1950, Imperial Chemical Industries de Inglaterra, desarrolla el polietileno de alta densidad y diseña y fabrica los primeros envases en Foil de Aluminio, el cual debido a sus características mejoraba la impermeabilidad prolongada del producto empacado y resulta compatible con la mayoría de los alimentos, químicos y químicos farmacéuticos8. 2.2.1. Tipos de máquinas empacadoras. Conforme la tecnología se desarrolló, los empaques fueron mejorando así como los sistemas de empaquetamiento los cuales eran fabricados en un menor tiempo y de manera aséptica. Estas características dieron un giro en su historia ya que permitieron que los tiempos de preservación 6 CIFUENTES, Roosevelth. “Diseño de una maquina extrusora para la empresa plastik de occidente” [en línea]: Trabajo de Grado Ingeniería de Materiales. Santiago de Cali: Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería, 2011. p.50. [consultado el 25 de Junio 2017. ]. Disponible en Internet: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/4727/1/CB-0441201.pdf 7 Teoría de máquinas empacadoras [en línea]: Cap. 1. máquinas empacadoras [consultado el 25 de Junio de 2017]. Disponible en Internet: repositorio.utn.edu.ec/bitstream/ 8 “IV. Materiales para envase y embalaje” [en línea]: Ministerio de Comercio Exterior y Turismo. p.2 [consultado el 25 de Junio de 2017]. Disponible en Internet: https://www.mincetur.gob.pe/wp-content/uploads/documentos/comercio_exterior/Sites/ueperu/consultora/docs_taller/Parte_2_Presentacion_Taller_Uso_de_Envases_yEmbalajes_Mod_compatibilidad.pdf

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fueran mucho mayores, pero completamente dependientes de la manera en que éstos eran empacados y se almacenados.9 Se encuentran equipos que forman, rellenan, sellan, envuelven, limpian y empacan en diferentes niveles de automatización. Tipos comunes de maquinaria son: acumuladores, máquinas de embolsado, máquinas de encintado, máquina de envoltura, máquinas de cajas, máquinas de taponado. Entre la maquinaria de empacado también se incluye la utilizada para ordenar, contar y acumular.10 La principal clasificación de este tipo de maquinaria se define por el sistema que emplea para determinar la cantidad de producto a ser empacado, el mismo que puede ser volumétrico o másico. 2.2.1.1. Empacadoras volumétricas. Las empacadoras volumétricas son utilizadas para manipular granulados, polvo y principalmente líquidos donde el volumen que ocupan éstos es la principal característica para su comercialización, sin embargo, también puede utilizarse para el empaque de productos sólidos, disminuyendo la funcionalidad de la máquina, ya que el volumen que puede ocupar un sólido es sujeto de grandes variaciones dependiendo del proceso de producción. Una de las ventajas de este tipo de empacadora es que su sistema de control es poco susceptible a interferencias, ya que el volumen del producto facilita la instrumentación, la cual no es muy robusta. Su principal falencia ocurre al utilizar productos sólidos, ya que en este caso no se garantiza la cantidad de producto empacado. 11 2.2.1.2. Empacadoras con sistema másico. Estas máquinas basan su sistema de control en el peso del producto, considerado el más fiable. Utilizan celdas de carga para la instrumentación, el control debe ser diseñado exhaustivamente puesto que el excesivo ruido eléctrico e incluso defectuosos ensambles al originar vibraciones mecánicas pueden causar interferencia.

9 ORDOÑEZ, Claudio. “Historia de los empaques” [en línea]: ISSU. p.5. [consultado el 28 de Junio de 2017]. Disponible en Internet: https://issuu.com/empaques/docs/historia 10 ENGINEERING 360. “Packaging Machine Information” [en línea] p.2 [consultado el 28 de Junio de 2017]. Disponible en Internet: https://www.globalspec.com/learnmore/material_handling_packaging_equipment/packaging_labeling/packaging_machinery 11 Ibíd., p. 17.

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Una de las ventajas de este tipo de empacadora es que su fiabilidad en el proceso de dosificación del producto y la versatilidad que ofrecen al permitir el empaque de diferentes tipos de productos en una misma máquina. Su principal desventaja consiste en la complejidad del sistema de control que emplean, lo cual las hace muy costosas, y, aun así, es necesario controlar el ambiente en el que opera evitando al máximo condiciones que puedan causar interferencia. 12 2.2.1.3. Empacadora multicabezal. La principal característica de este tipo de máquinas es la rapidez de producción, lo que en función de las especificaciones del producto y número de contenedores suman tanto volúmenes como masas individuales, de acuerdo con las necesidades para empacar el producto. En algunas áreas la rapidez de producción oscila entre 180 a 200 empaques por minuto. Su principal ventaja es claramente la rapidez de empaque proporcionada y su facilidad al operar, sin embargo, de los tres tipos de máquinas empacadoras esta es la más costosa debido a la complejidad del sistema de control, el cual opera de manera simultánea en cada una de las bandejas de la máquina. 13

12 Ibíd., p. 17.

13 Ibíd., p. 17.

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Figura 2. Empacadora Volumétrica ENVAPACK.

Fuente: SALAZAR BONILLA, Julio R. “Automatización de una Maquina Empacadora de Caramelo en Polvo” [Figura]: Trabajo de grado Ingeniería Eléctrica y Control. Quito: Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería, 2009. 9 p. [consultado el 4 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4241/1/CD-2519.pdf Figura 3. Máquina empacadora automática con multicabezal de pesaje EMC-10.

Fuente: SALAZAR BONILLA, Julio R. “Automatización de una Maquina Empacadora de Caramelo en Polvo” [Figura]: Trabajo de grado Ingeniería Eléctrica y Control. Quito: Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería, 2009. 7 p.

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[consultado el 4 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4241/1/CD-2519.pdf 2.2.2. Métodos de empaque. En la actualidad, las máquinas empacadoras pueden dividirse en dos grandes grupos según el método de empaque utilizado: las de empacado vertical y las de empacado horizontal. Por lo general las enfardadoras son de tipo vertical, ya que es mucho más sencillo el manejo de las posiciones de las bolsas a agrupar en comparación con las de tipo horizontal. Hasta la primera mitad del siglo XX las empacadoras eran diseñadas en sentido vertical, lo cual dificultaba el acople de estas a las líneas de producción las cuales generalmente tienen un desplazamiento horizontal; en 1960 son producidas las primeras máquinas empacadoras horizontales las cuales de igual forma contaban con sistema de formado y sellado, pero ahora con mayor versatilidad en el uso de los materiales utilizados en los empaques. El método para empacar depende de la cantidad, volumen, viscosidad. A continuación, se detallan los métodos. 2.2.2.1. Empaque vertical. El empacado vertical es un proceso en el que el producto se ubica en una tolva ubicada en la parte superior de la máquina permitiendo de esta manera que por gravedad el producto caiga para ser empacado y finalmente obtener el empaque terminado por la parte inferior. Según las características de empaque, las máquinas verticales se dividen en tres grupos: • Envase con cabezal. Estos normalmente tienen un ribete sobrepuesto en la base del paquete y sellados transversales a cada extremo. Las aplicaciones más comunes se hacen en los productos preformados sólidos o multipaquetes. • Envases saquito o sobres: Tienen un sellado de rebaba por los cuatro lados (ocasionalmente solo tres). Las aplicaciones más comunes son en productos pulverulentos o granulados (ej. Sopas instantáneas, puré de papas instantáneo). • Envases en tiras. Consiste en dos capas de material selladas juntas que contienen el producto, entre ellas bolsas individuales. Las aplicaciones más comunes son las farmacéuticas: píldoras, supositorios, cápsulas.14

14 SANTACRUZ FIGUEROA, Edgar. SUAREZ RUBIO, Jesús H. “Diseño y modelamiento de una maquina dosificadora y empacadora de frutas deshidratadas”. [En line]. Trabajo de Grado Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica. Bogotá: Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería, 2007. p.120 [consultado el 8 de Agosto de 2017] Disponible en Internet: http://repository.lasalle.edu.co/bitstream/handle/10185/16664/T44.07%20S59d.pdf?sequence=1

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A continuación, se muestra una máquina de empaque vertical disponible en el mercado. Figura 4. Máquina de empaque vertical modelo SUPER PACK 1000 C.C

Fuente: SALAZAR BONILLA, Julio R. “Automatización de una Maquina Empacadora de Caramelo en Polvo” [Figura]: Trabajo de grado Ingeniería Eléctrica y Control. Quito: Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería, 2009. 10 p. [consultado el 4 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4241/1/CD-2519.pdf 2.2.2.2. Empaque horizontal. El proceso de empaque horizontal inicia en un lado de la máquina mientras que el producto terminado es despachado por el otro. Este sistema es utilizado para empacar objetos de forma regular como galletas, chocolates, pasteles, panes, objetos de uso diario, componentes eléctricos, productos en cajas pequeñas u otros. Las empacadoras horizontales utilizan bandas transportadoras las que ayudan al flujo del producto desde el ingreso hasta el despacho.

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Figura 5. Empacadora horizontal tipo FLOW PACK 250.

Fuente: SALAZAR BONILLA, Julio R. “Automatización de una Maquina Empacadora de Caramelo en Polvo” [Figura]: Trabajo de grado Ingeniería Eléctrica y Control. Quito: Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería, 2009. 8 p. [consultado el 4 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4241/1/CD-2519.pdf 2.3 SISTEMAS COMUNES EN LAS MAQUINAS EMPACADORAS Aun cuando las máquinas mencionadas anteriormente presentan grandes diferencias en su forma de operación, todas incluyen en su diseño sistemas para realizar algunas funciones genéricas, las cuales forman parte esencial en el funcionamiento de una empacadora. A continuación, se explica en mayor detalle cada uno de estos sistemas. 2.3.1. Sistema de orientación y posición. Este sistema tiene tres funciones fundamentales; asegurar que las bolsas o el material en el cual se va a empacar ingresen en la orientación deseada, que no existan conflictos entre las bolsas o material, ingresando una a la vez, y que al llegar la bolsa lo haga en la posición requerida. La orientación deseada para la bolsa se logra usualmente utilizando unas paredes con ángulos que van acomodando la bolsa de modo que ella sólo pueda pasar de una sola forma y de manera individual. Es posible implementar algún tipo de obstáculo durante la caída de la bolsa con el propósito de asegurar que va a caer en uno de los lados del empaque.

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2.3.2. Sistema de arrastre y posición. El empaque se arrastra usando utilizando dos bandas o rodillos que hacen presión sobre él. Estos giran gracias a dos motores conectados respectivamente en uno de sus ejes; y en el momento que se produce el giro, arrastran consigo el empaque. Los motores se detienen durante el proceso de sellado y corte para evitar que el empaque se mueva o resbale debido al peso contenido. 2.3.3. Sistema de sellado y corte. Este sistema generalmente consiste en la unión dos piezas móviles a dos actuadores neumáticos. El actuador realiza una fuerza contra el empaque cada que se necesiten las operaciones de corte, sellado y refrigeración. La pieza móvil generalmente está comprendida por 3 partes: resistencia, método de refrigeración y cuchilla o elemento de corte. 2.3.4. Sistema electrónico de control. Las señales de los motores, las electroválvulas y los sensores son monitoreados y controlados por medio de un controlador, generalmente un controlador lógico programable (PLC) debido a la operación de la máquina. Estos sistemas cuentan con normativas de seguridad que incluyen botones de marcha o Start, apagado o Stop, y paro de emergencia, principalmente. Generalmente utilizan una pantalla táctil para desplegar menús, opciones y gráficas. 2.4 SISTEMA DE PESO EN MAQUINAS EMPACADORAS La dosificación por peso se realiza utilizando celdas de carga. Un algoritmo computacional realiza el cálculo de los pesos y libera el producto de las celdas cuyo peso combinado sea aproximado al requerido. Este sistema es utilizado para empacar galletas, confites, nueces, maní, frutas secas, semillas, chocolate, cereales, etc.15 Para verificar el peso de un producto empacado se utilizan dos técnicas: pesaje estático y dinámico. El pesaje estático se realiza mientras el objeto se encuentra en reposo, es decir, es necesario detener el medio de transporte de toda la línea de empaque mientras se realiza esta inspección. Una de las ventajas que tiene este método es su gran precisión, confiabilidad y facilidad de implementación, ya que, al estar en reposo, son pocas las variables externas que puedan interferir afectando el pesaje. Su

15 “teoría de máquinas empacadoras” Op. cit., p. 17.

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principal desventaja es precisamente este periodo de tiempo muerto el cual retrasa el embalaje de los objetos empacados. Por otra parte, los sistemas que incluyen pesaje dinámico son capaces de realizar la medida sin necesidad de interrumpir el flujo de transito de los objetos, ya que no requieren que este se detenga por completo. Este tipo de pesaje se realiza generalmente sobre las bandas que transportan los objetos, las cuales utilizan sensores de carga que trabajan bajo el principio de compensación de fuerzas electromagnéticas (EMFR) lo cual permite una elevada precisión aun a altas velocidades. 16 2.5 SISTEMA DE CONTEO EN MAQUINAS EMPACADORAS Los sistemas de conteo utilizados en una máquina empacadora son diseñados bajo el concepto de detección de forma unitaria de los objetos. El conteo puede realizarse utilizando sensores o métodos de visión artificial. Estos últimos son utilizados en sistemas altamente tecnificados donde se pretende realizar una alta inspección de los objetos debido a su complejidad y costo. En cuanto al uso de sensores, en el mercado se encuentran referencias discretas como el D10A, sensor de fibra óptica de alto desempeño el cual es utilizado en el conteo de tuercas para su posterior empaque, con un tiempo de respuesta de 200 microsegundos.

16 LYL INGENIERIA. “Báscula industrial ec-m-ml-si y hc-ml-si” [en línea]: Soluciones Logística [consultado el 20 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://www.lyl-ingenieria.com/es/soluciones-logistica/sistemas-dinamicos/sistemas-de-pesaje-dinamico/bascula-industrial-ec-m-ml-si-y-hc-ml-si/c5r103/

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Figura 6. Sensor discreto D10A

Fuente: Sensor fotoeléctrico rectangular / luz roja / de fibra óptica / digital [Figura]: Direct Industry [consultado el 20 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://www.directindustry.es/prod/banner-engineering-corp/product-7106-1302021.html Asimismo, los sensores infrarrojos inalámbricos son muy utilizados en la implementación de sistemas donde los objetos a contar caen dentro de un recipiente o bolsa; este detecta cada objeto y activa una señal de avance cuando llega a un número específico. Es necesario tener en cuenta que cuando los objetos son transportados por medio de una banda o riel hasta el punto de conteo, el tiempo de respuesta de los sensores deberá estar en sincronismo con la velocidad de transporte de los objetos para no introducir fallas en el conteo. Figura 7. Sensor infrarrojo inalámbrico de la serie LX

Fuente: Sensor infrarrojo inalámbrico serie LX [Figura]: Direct Industry [consultado el 20 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://www.directindustry.es/prod/banner-engineering-corp/product-7106-1302021.html

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2.6 TÉCNICAS DE SELLADO El proceso de sellado del empaque es determinado según el producto y sus características. A continuación, se mencionan brevemente los métodos más utilizados en la industria. 2.6.1. Sellado por calor. Este proceso de sellado es el más utilizado a nivel industrial debido a su facilidad de implementación, manejo y costo. Consiste en utilizar la presión para unir al material del empaque y posteriormente la fundición del mismo a una determinada temperatura y durante un periodo de tiempo. El material de empaque es sellado de acuerdo al tipo de producto a empacar.17 2.6.2. Sellado por ultrasonido. El sellado por ultrasonido es un proceso sumamente complejo que consiste en generar vibración sobre las moléculas del material a empacar a través del ultrasonido, esto produce un movimiento de las moléculas y a su vez genera calor, finalmente se encarga de realizar la fusión del material y por lo tanto el empaque. Debido a la complejidad de su implementación, este método es utilizado únicamente en procesos altamente tecnificados.

17 “Selladoras continuas”. [en línea]: Industrias OVELMA [consultado el 28 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://www.industriasovelma.com/index.php?option=com_content&view=article&id=68&Itemid=153

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3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema automático para el empaquetado de tubulares en la empresa PROPILFLEX DISGOMEZ Ltda. 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS • Diseñar el sistema de conteo para la cantidad y el peso de tubulares plásticos empacados en cada caja, llevando un registro del número exacto de tubulares empacados por caja. • Diseñar un sistema mecánico de rieles móviles, para el correcto empaque y alineación de los tubulares. • Verificar el diseño propuesto mediante simulaciones y prototipos de los subsistemas.

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4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Entre los servicios prestados por la empresa PROPILFLX DISGOMEZ LTDA. se encuentra la producción de tubulares plásticos los cuales son empaquetados en cajas y/o bolsas plásticas para su distribución. El proceso de empaquetado de tubulares actualmente es realizado por un operario, el cual debe acumular manualmente tantos como le sea posible y posteriormente depositarlos en las cajas o bolsas, ocasionando gran desgaste físico para la persona que realiza el trabajo y causando retraso en la producción debido a que en el momento de depositar los tubulares, muchos de estos se caen y deben volver a reproceso. Uno de los principales problemas generados por esta forma de empaque es la inexactitud de la cantidad del producto distribuido por cada bolsa, ya que no se realiza un conteo formal de este, lo cual representa pérdidas económicas para la empresa y un deficiente sistema de calidad, debido a que es posible que se cometan errores. Es necesario tener en cuenta que no existe forma de parar el proceso una vez se ha puesto en marcha, es decir, por un lado, no cuenta con las normativas básicas de seguridad en caso de emergencia, exponiendo a las personas involucradas directamente, y a su vez, proporciona un gran desgaste para el operario encargado del empaque, ya que debe permanecer en su puesto de trabajo hasta que el material proporcionado para la extrusión haya terminado. Actualmente se ha buscado dar solución al proceso de control pesando las bolsas una vez empacadas con los tubulares, lo cual no da un resultado óptimo ya que en algunos casos el calibre de los tubulares es mayor al deseado, generando una cantidad menor de tubulares en las bolsas. Dicho lo anterior, se plantea la siguiente pregunta problema a la cual responderá el desarrollo de la propuesta realizada ¿Es posible diseñar un sistema de empaquetado de tubulares plásticos, el cual permita transportar y depositar el producto en los correspondientes medios de distribución, mejorando las condiciones de trabajo y salud ocupacional del operario encargado y de igual forma permita a la empresa ampliar su capacidad de producción?

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5. IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES

Para la obtención de datos primarios se usaron dos métodos, el brainstorming y la observación del proceso: • Observación del proceso. Se realizó una entrevista al gerente de la empresa con el objetivo de identificar los principales planteamientos y restricciones del diseño, teniendo en cuenta factores y políticas internas. Se tomó registro de la problemática por medio de videos y fotos, observando de forma detallada la manera en la cual se realiza actualmente el proceso de empaquetado. • Brainstorming. Posterior a la observación del proceso, se realizó el brainstroming con el objetivo de abarcar todas las posibles necesidades del cliente, incluyendo las planteadas por él. De igual forma, se interpretó lo planteado por el cliente con el propósito de extraer de forma concreta cada una de las necesidades. A continuación se presentan las necesidades obtenidas en la primera fase del análisis de los planteamientos iniciales del cliente.

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Tabla 1. Planteamiento de las necesidades del cliente.

Planteamiento del cliente Planteamiento de la necesidad

Que se minimicen los costos de producción.

*El proceso controla adecuadamente la cantidad de palitos Vs peso promedio establecido. *Reduce la cantidad de perdida de materia prima. *Tiene un sistema de conteo exacto. *Disminuye el tiempo empleado por el operario en el proceso.

Que el costo de la máquina no sea muy elevado. *La máquina es de bajo costo.

Que el mantenimiento no sea de gran complejidad y pueda ser realizado por los operarios de la empresa.

*Bajo costo de mantenimiento. *Fácil mantenimiento. *Fácil calibración.

Que sea segura para el operario y no introduzca problemas de ergonomía.

* La máquina reduce la posibilidad de que el operario desarrolle enfermedades de salud ocupacional relacionadas con su actividad de trabajo.

Que su uso no sea de gran complejidad para el operario.

*La máquina cuenta con una interfaz hombre-máquina de fácil uso.

El producto tendrá una misma orientación en todos los empaques.

*La máquina empaca de forma ordenada el producto manteniendo siempre la misma orientación.

Finalmente se plantearon 9 necesidades con las cuales se especifican todos los aspectos que debe satisfacer el diseño. En un segundo análisis a las necesidades planteadas en la tabla 2, se replantean algunas necesidades para poder medir su cumplimiento.

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Tabla 2. Ponderación de las necesidades del cliente.

# Necesidades Importancia

1 La máquina empacadora Controla adecuadamente la cantidad de palitos Vs peso promedio establecido.

9

2 La máquina empacadora Reduce la cantidad de desperdicios generados por el proceso.

9

3 La máquina empacadora Es precisa al registrar la cantidad de tubulares empacados.

9

4 La máquina empacadora

Disminuye el número de intervenciones durante el proceso en un periodo de tiempo determinado.

3

5 La máquina empacadora Es de bajo costo. 3

6 La máquina empacadora

Permite realizar el mantenimiento (lubricación, limpieza, ajuste de repuestos) en pasos sencillos de realizar.

1

7 La máquina empacadora Permite dar inicio al proceso por medio de ajustes fáciles de realizar.

3

8 La máquina empacadora

Reduce la posibilidad de que el operario desarrolle enfermedades de salud ocupacional relacionadas con su actividad de trabajo.

9

9 La máquina empacadora Ordena el producto manteniendo siempre la misma orientación.

9

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5.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Una vez finalizado el proceso de identificación y jerarquización de las necesidades del cliente, se procede a establecer las métricas o especificaciones técnicas que permitirán comprobar si es posible cuantificar las necesidades de manera correcta y de esta manera cumplir las expectativas de funcionamiento de la máquina. Tabla 3. Relación métricas vs necesidades.

NO. MÉTRICA NECESIDAD MÉTRICA IMP. UNIDADES

1 3 Velocidad de empaque 5 Tubulares/min

2 2 Peso desperdicio 4 Kg/día

3 1 Peso del empaque 4 kg

4 6 Tiempo de mantenimiento 2 min

5 4

Número de intervenciones para

empacar 10 cajas de 100 tubulares

2 #

6 7 Tiempo requerido para

iniciar el proceso de empaque

2 min

7 8

Cantidad de intervención que debe tener el operario en un

turno de trabajo.

5 S/N

8 3 Precisión del método de conteo 2 Tubulares/s

9 9 Precisión del método

de orientación del producto.

5 Tubulares/Kg

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5.2 CASA DE LA CALIDAD: QFD Al analizar la QFD se confirma que los criterios técnicos más relevantes son aquellos que verifican el cumplimiento de las necesidades que han sido previamente priorizadas por la empresa. En la figura 7 se relacionan las necesidades anteriormente definidas con los requerimientos técnicos; como era esperado, los criterios técnicos y las necesidades más relevantes del cliente se encuentran relacionados de manera directa, lo cual permite estimar que de ser posible verificar las métricas, estas serían suficientes para satisfacer cada una de las necesidades. Figura 8. Relación Qué/Cómo – Extraído de la QFD

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La reducción del material desperdiciado durante el proceso de extrusion de los tuburales, disminuir la posibilidad de que el operario desarrolle una enfermedad de salud ocupacional debido a movimientos asociados a su actividad laboral y que la maquina ordene el producto manteniemo la misma orientacion siempre son las necesidades mas relevantes obtienen los porcentajes más altos con un 17% seguidos por los ajustes sencillos para dar inicio al proceso con 13%; de esta manera se esclarece cuáles de estas deberían tener más relevancia en orden de abarcar completamente la problemática. Figura 9. Comparación relativa de las necesidades– Extraído de la QFD

Al igual que con las necesidades, los requerimientos fueron ponderados según su la importancia que tienen dentro del cumplimento final del producto. En este caso el tiempo de mantenimiento con un 15% es el requerimiento más importante ya que

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involucra implícitamente que se cumplan objetivos como el bajo costo del equipo, la cantidad de pasos necesarios para realizar acciones de mantenimiento y a su vez disminuyendo la posibilidad de que el operario desarrolle enfermedades asociadas a su actividad laboral. Figura 10. Comparación relativa de los requerimientos – Extraído de la QFD

En cuanto al análisis con otros competidores, en este caso, y para obtener una idea más concreta y directa, teniendo en cuenta que se trata de un diseño el cual se ajusta a las medidas y procesos de producción en línea de la empresa, se analizaron los productos que ofrece la compañía italiana ATF (azul), la cual diseña soluciones de automatización a la medida según las necesidades específicas de cada cliente y la misma empresa Propilflex Disgomez (verde) con un posible diseño (antes considerado) inhouse que dé solución al problema planteado. De acuerdo con las gráficas obtenidas del benchmarking se puede afirmar que el producto diseñado se encuentra en un nivel intermedio entre los dos competidores teniendo en cuenta que en el caso de ATF los recursos tecnológicos son mucho más avanzados lo cual representa una desventaja en tema de costos para la empresa que es el caso contrario a la propuesta de realizar una implementación

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inhouse donde los costos disminuirían notablemente pero la calidad y funcionalidad del sistema no cumpliría con los principales requerimientos del cliente. Para el analisis del benchmarking se tuvieron en cuenta todos las especificaciones técnicas encontradas de cada uno de los sistemas a evaluar, con el proposito de obtener resultados objetivos partiendo de datos concretos. En el caso del diseño de ATF las especificaciones técnicas fueron obtenidas de una cotización para proyecto similar; en cuanto al sistema manual, algunos de estos valores fueron estimados partiendo de datos suministrados por la empresa y los demas se obtuvieron de los registros de producción. Figura 11. Parámetros técnicos del sistema manual.

Para tener un peso aproximado del desperdicio ocasionado por este sistema en un turno de trabajo de ocho horas, se asumió que el peso de la bitura era aproximadamente un 5% de un tubular y a su vez, que el material obtenido del corte durante la formación del producto es un 10% de su peso. *Esta cantidad es el promedio de tubulares que pueden ser recogidos por el operario utilizando unicamente las manos. A continuación se presenta un resumen de las especifiaciones técnicas encontradas de cada uno de los sistemas:

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Figura 12. Comparación de los parámetros técnicos para cada uno de los sistemas a evaluar.

Una vez obtenidos la mayoria de estos parametros, se procedió a realizar la comparacion dentro del benchmarking indicado en la QFD.

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Figura 13. Gráficas Benchmarking – Extraído de la QFD

Figura 14. Gráficas Benchmarking – Extraído de la QFD

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Una vez estructurados y definidos cuales deben ser los lineamientos mas importantes a abordar en el diseño con el proposito de satisfacer las necesidades identificadas y continuar el proceso de diseño concurrente con la generación de diferentes conceptos que puedan ser capaces de brindar una solución eficaz a la situación planteada.

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6. GENERACIÓN DE CONCEPTOS En esta etapa del proyecto se lleva a cabo un desarrollo conceptual del producto a diseñar. Se consideran los parámetros y necesidades más relevantes que se definieron en el numeral anterior. 6.1 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL Figura 15. Caja negra del sistema

En la figura anterior se muestra los elementos externos que interactúan en la empaquetadora y las materias primas que utilizar, partiendo de sus entradas: • Energía: el sistema se alimentará con corriente alterna (120V estándar nacional), pero en el proceso interno ésta se transformará dependiendo de las necesidades de los distintos componentes. • Señales: también se cuenta como entrada la recepción de señales externas enviadas por el operario a cargo, como paro de emergencia y establecer parámetros de empaquetado los cuales se pueden modificar según las exigencias del cliente

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como lo son el peso total de la caja y la cantidad de palitos que deben ir en ella. • Materia prima (plástico): recordar que nuestro diseño se elabora después de que la máquina extrusora expulsa el tubular plástico en una línea continua el cual este es recibido para seccionar y almacenar. • Materia prima (cajas): ya que la empaquetadora hará un almacenaje por cajas, estas deben ingresar al sistema ya elaborado y listo para su llenado. También se especifican a continuación las salidas del sistema: • Salida de tubulares empacados: este es objetivo final, es decir el empaque que será entregado al cliente con un número exacto de tubulares y un peso dentro del rango previamente establecido, para garantizar que no hayan errores de calibración en la máquina. • Salida de residuos: los residuos también se esperan obtener como salida debido a una perforación que se debe hacer en el proceso, sin embargo, se espera que solo sea debido a esta y no a fallas en el corte como antes se presentaba. • Información del proceso: esta salida entregará un informe continuo del proceso e indicará si existe algún tipo de falla en el sistema. 6.2 SUBFUNCIONES En la figura 15 se muestra el diagrama de descomposición funcional donde podremos encontrar todos los elementos internos y su interacción de forma detallada. La descomposición funcional permite enfocarse en cada una de las subfunciones que debe cumplir la empaquetadora de tubulares, es por esto que se generan conceptos por medio de la búsqueda de alternativas que den las posibles soluciones de cada una de estas subfunciones.

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Figura 16. Descomposición del sistema – Caja gris

A continuación, se muestran las funciones críticas del sistema en el momento de realizar la generación de alternativas de diseño. Figura 17. Funciones críticas del sistema – Transferencia de energía

• Motor rotacional: dentro de esta gama de motores se seleccionaron dos posibles alternativas, el motor DC y el motor a pasos. Los motores DC convierten la energía eléctrica a energía mecánica, generando un movimiento rotatorio gracias a la acción generada de un campo magnético. En los motores paso a paso su movimiento se realiza en intervalos fijos llamados pasos, son muy usados en las máquinas de impresión 3D y CNC ya que ofrecen características como buna precisión y repetitividad en los movimientos, buen par en motores pequeños, buen control eléctrico sencillo.

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• Motores lineales: los motores lineales cuentan con un estator y un rotor distribuidos de una forma especial en la que, en vez de producir un torque, producen una fuerza lineal en sentido de la longitud, estos motores se dividen en dos características, motores lineales de alta aceleración y baja aceleración. • Solenoides: El solenoide crea un campo magnético uniforme e intenso en su interior y débil en su exterior, este tipo de bobinas se utilizan para accionar un tipo de válvula llamada válvula solenoide, la cual responde a una señal eléctrica en forma de pulsos respecto a su apertura o cierre, este tipo solenoides tienen aplicaciones en sistemas de regulación hidráulica y neumática. Figura 18. Funciones críticas del sistema - Unidad de control

• Arduino: Es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Esta plataforma es compatible con diferentes sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y GNU/Linux además su entorno de programación es fácil de usar y flexible para diferentes tipos de usuarios tanto para principiantes como para profesionales. • Microcontrolador PIC: Un microcontrolador es un circuito integrado que en su interior contiene una unidad central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de entrada y salida y periféricos. El propósito fundamental de los microcontroladores es el de leer y ejecutar los programas que el usuario le escribe. Estos circuitos integrados son usados en diferentes disciplinas como en la robótica y la automatización, en la industria del entretenimiento, en las telecomunicaciones, en la instrumentación, etc.

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• PLC (Controlador Lógico Programable): PLC o Controlador Lógico Programable son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial. Un PLC controla la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, procesan y reciben señales digitales y analógicas y pueden aplicar estrategias de control. Programmable Logic Controller o Controlador lógico programable. Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este Tipo de equipos en ambientes industriales. Las principales características de los PLCs que Logicbus ofrece son: • Fácil de usar y potentes conjuntos de instrucciones • Driver de comunicación abierto • Entorno operativo de fácil uso y gratuito • Tecnología del núcleo SoC • Potentes funciones de comunicación

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Figura 19. Funciones críticas del sistema –Sensores

• Sensor ultrasónico: Como su nombre lo indica, los sensores ultrasónicos miden la distancia mediante el uso de ondas ultrasónicas. El cabezal emite una onda ultrasónica y recibe la onda reflejada que retorna desde el objeto. Los sensores ultrasónicos miden la distancia al objeto contando el tiempo entre la emisión y la recepción. Los sensores ultrasónicos utilizan un elemento ultrasónico único, tanto para la emisión como la recepción. En un sensor ultrasónico de modelo reflectivo, un solo oscilador emite y recibe las ondas ultrasónicas, alternativamente. Esto permite la miniaturización del cabezal del sensor. • Fotodiodo: es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, iluminados en ausencia de una fuente exterior de energía generan una corriente muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. • Sensor digital laser: un sensor láser utiliza un “láser” para emitir luz en una línea recta. Su punto de haz visible hace que su alineación y posicionamiento sean muy fácil. Dado que el haz de luz está enfocado, el sensor se puede instalar sin preocupaciones por la luz difusa.

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El haz de luz es emitido desde el elemento emisor de luz (láser) en el transmisor, y es recibido por el elemento de la recepción de luz en el receptor. Figura 20. Funciones críticas del sistema - Interfaz usuario maquina

• LCD: Una pantalla de cristal líquido o LCD (sigla del inglés Liquid Crystal Display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica. • Computadoras de ambientes industriales: Las computadoras de ambientes industriales ofrecen soluciones para las limitaciones físicas y los requisitos de su ambiente. Las computadoras sin pantalla proporcionan distintas opciones en factores de formato, RAM, almacenamiento, rendimiento, temperaturas de funcionamiento y unidades ópticas. Las computadoras con pantalla integrada están disponibles en distintos tamaños de pantalla, opciones de almacenamiento, paquetes de rendimiento y modelos con teclados incorporados. 6.3 . GENERACIÓN DE CONCEPTOS Una vez agrupadas las subfunciones que debe cumplir el diseño final, se planteó un primer concepto con el propósito de probar a simple escala las opciones más relevantes que finalmente llevaran a cumplir los requerimientos del cliente y con base a estos resultados, orientar el concepto definitivo. Teniendo en cuenta que se trata de un diseño enfocado principalmente a la estructura mecánica, el diseño final fue el resultado de una serie de modificaciones a la idea inicial como se puede observar a continuación.

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6.3.1 Versiones de diseño 6.3.1.1 Versión 1. Este prototipo fue diseñado basándonos en la estructura simple de una rampa en L para el direccionamiento de los palitos y su debido almacenamiento, gracias a unas bases adheridas a un plato giratorio controlado.

Figura 21.Boceto concepto 1

Esta estructura se divide en 3 etapas las cuales se explican a continuación. • Acople: en esta etapa se recibe el producto recién cortado proveniente de la extrusora y se cuenta a través de un sensor óptico difuso de alta precisión instalado en la parte inicial de la rampa; los datos obtenidos por el sensor van al microprocesador donde son visualizados.

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• Etapa de direccionamiento: se utiliza un sistema de caída por rampa. La rampa consta de dos secciones interconectadas en forma de L para lograr su correcta ubicación. • Etapa de almacenamiento: Se clasifica en dos modos: Modo de empaquetado por bolsas: cuenta con un plato rotatorio de 3 bases (diseño que se probó en este prototipo) en las cuales se apilaban y almacenaban los palitos que caían de la rampa. El conteo se hace hasta el número 200, pudiendo ser modificado en caso de ser necesario, se programó en PSoC Designer 5.0 con una interfaz visual amigable con el usuario por medio de una LCD, logrando modificar los parámetros de forma fácil; esto debido a que el producto variaba en sus dimensiones según las exigencias del cliente; en cuanto al almacenamiento se pensó en bolsas plásticas las cuales se podrían obtener de la misma empresa. Modo empaquetado por cajas: como segunda opción para la distribución del producto en mayor cantidad, se disponía de cajas para las cuales se elaboró una base fija que serviría para orientar la caja de forma que los tubulares lograran acomodarse fácilmente. En este modo, el cambio de caja sería manual; cada determinado periodo de tiempo -cuando el sensor llegara al número de palitos indicado por caja- el operario debería retirarla e ingresar una nueva para continuar con el proceso. Inconvenientes del diseño: • La rampa no garantizaba que todos los tubulares tuvieran la misma orientación al ingresar al empaque, esto debido a que el producto sale impulsado de la extrusora a gran velocidad y chocaba con las paredes de la rampa cambiando su orientación sin posibilidad de tener algún tipo de control sobre este factor. • Aun cuando el sensor utilizado podía detectar los tubulares a la velocidad requerida, a su vez eran registrados los desperdicios obtenidos del corte (viruta) obteniendo lecturas erradas, ya que el lapso de tiempo entre el producto y el sobrante entre los tubulares era mínimo. • Debido al cambio reciente que la empresa presento en su forma de empaque, la cual ahora será por cajas; este diseño de plato giratorio seria obsoleto.

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Figura 22. Fotografía de la caja en la cual se transportan los palitos de bombón en grandes cantidades

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Figura 23. Fotografía del prototipo en funcionamiento

6.3.1.2. Versión 2. La segunda alternativa planteada fue pensada con el propósito de mejorar las fallas de la alternativa 1 mencionadas anteriormente, por lo cual no es considera como un diseño alternativo sino como la evolución del anterior. El punto más crítico del diseño anterior fue el no poder garantizar el direccionamiento de todos los tubulares debido a la velocidad con la que eran expulsados de la extrusora, para solucionar esto se implementó en un sistema simple de riel tubular el cual se planteó en sus inicios de la siguiente manera. Adicionalmente se incluyó la formación de bolsas con el propósito de disminuir costos y acelerar el proceso de empaque.

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Figura 24. Boceto concepto 2

Este diseño consiste en un sistema que permite el ingreso de los tubulares por medio de un riel directamente a la bolsa plástica como se observa en las figuras 22 y 23. Para la formación de las bolsas, se utiliza el sellado por medio de calor, de manera que una vez el contador anuncia que se han depositado la cantidad de tubulares exacta, se despliega la siguiente por medio de un corte que dejara caer la bolsa, lista para su venta. En una versión más detallada y con el propósito de replicar la forma en la cual serán expulsados los tubulares al salir de la extrusora, se adecuo un sistema de llantas por medio de las cuales estos ingresarán al riel como se observa en la ilustración. Figura 25. Boceto estructura para la alternativa 2

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En esta alternativa, se adicionó una banda transportadora con la cual el operario tendría mayor autonomía ya que no sería necesario retirar cada bolsa en cuanto se completara el proceso de empaque. Figura 26. Modelado alternativa 2

En las figuras anteriores se observa el riel por el cual se deslizarán los tubulares, este atraviesa una caja en la cual se encuentra el sistema de conteo para los mismos. También se puede ver el mecanismo que se usó para la creación de las bolsas en las que se empacara el producto, estas se armaban con la compresión de una plancha ajustada con la temperatura ideal para el sellado de bolsas plásticas y empujada por dos pistones instalados en su borde. Para comprobar el funcionamiento de este diseño se construyó un prototipo como se muestra a continuación.

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Figura 27. Estructura caja principal acoplada a la estructura

Figura 28. Estructura de sellado y corte

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Inconvenientes del diseño: • Aunque este diseño mejoro la orientación del producto al caer en las bolsas y apilarse, la viruta no fue considerada y también se filtró en las bolsas. • Al igual que el diseño anterior, diseño ya no sería funcional por la actualización del empaque que ahora sería solo por cajas. 6.3.1.3.Versión 3: Concepto definitivo Este sistema está conformado por cinco partes principales: volante (1), cabezal (2) canal (3), desplazador de cajas (4) y soporte para sistema (5), que en conjunto permiten tener como resultado final tubulares ordenados, contabilizados y empaquetados para la línea de producción, eliminando inconvenientes como la orientación vez empacando un número exacto en cada caja. El sistema reduce algunos procesos manuales y mejorando la productividad del proceso. Figura 29. Sistema de corte, ranurado, ordenamiento y empaquetado de los tubulares.

A continuación se describen las partes principales del sistema.

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• Volante: Este es el encargado de realizar el corte a la medida establecida para el palito de bombón y el ranurado. Por un extremo ingresa el material inyectado y moldeado previamente, y por el otro extremo sale el producto, el subsistema consta de dos volantes en su interior, uno de ellos tiene alojada una cuchilla por cada extremo (2 cuchillas en total) y el otro volante contienen un par de buriles por cada extremo (4 buriles en total), estos dos volantes realizan su trabajo al mismo tiempo, la cuchilla en conjunto con la velocidad de halado define el tamaño del tubular y los buriles se encargan de generar los orificios del mismo. Este subsistema cuenta con una tolva por donde se evacua la viruta generada por el ranurado y una cubierta móvil que permite el acceso al interior del subsistema. Figura 30. Subsistema volante

• Cabezal: Esta parte del sistema se encarga de reorientar el movimiento de los tubulares; mediante el giro de una pieza llamada “mazorca” son direccionados ortogonalmente hasta quedar en la posición requerida para ser empacados posteriormente.

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Figura 31Subsistema cabezal

• Canal: En esta parte del sistema se realiza el conteo y se asigna una salida para los tubulares, cuando ingresan son separados por una correa modular con aspas y trasladados hasta el punto de sensado en donde, mediante un sensor láser, se registra el conteo del producto. Posteriormente el selector de salida habilita el paso por uno de los dos posibles caminos hasta que es completada la cantidad de tubulares definida, este selector es actuado por un servomotor. Cuando los tubulares recorren el camino establecido llegan a un terminal desplegable que los directamente a las cajas de empaque. Figura 32. Subsistema canal

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Figura 33. Mecanismo para separar los tubulares y permitir posteriormente su conteo

Figura 34. Mecanismo para selección del camino para los tubulares plásticos

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• Desplazador de cajas: Este subsistema se encarga de desplazar las cajas en donde se empacan los tubulares a medida que van siendo llenadas por la salida del canal respectivo. Cuenta con bandejas desmontables que sirven para alojar las cajas mientras son llenadas que posteriormente son retiradas por el operario para alojar una nueva caja entrante. La transmisión de movimiento es realizada mediante una cadena que engrana una cremallera alojada en cada bandeja, por otra parte el peso de la bandeja es soportado por rodamientos ubicados a lo largo de la estructura del desplazador de cajas. Figura 35. Subsistema desplazador de cajas

• Soporte para sistema: Este soporte es la base para los subsistemas: volante, cabezal y canal. Aquí también es alojado el motor principal y la cadena con la cual se sincronizan estos tres subsistemas.

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Figura 36.Soporte para sistema y subsistema para transmisión de movimiento

Mejoras a futuro: • Por ahora el pesado de las cajas se hará cuando el sistema este sin movimiento pero a futuro si el cliente lo demanda y la línea de producción crece podría verse la posibilidad de hacer el pesado en movimiento para minimizar tiempos de producción. • El cliente expuso la idea que a futuro su línea de producción puede variar para diferentes tipos de tubulares, para esto podría cambiar e introducir una máquina de presiones que cambie el diámetro de palito antes de que llegue a la cortadora. También hablo sobre su longitud la cual podría variar según su necesidad y esto se podría pensar en añadir diferentes medidas de corte modificables por el usuario en este diseño.

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Tabla 4.Comparación entre las versiones de los conceptos de acuerdo con las especificaciones técnicas.

𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪⁄ Versión 1 Versión 2 Versión 3 Velocidad de empaque

5 5 5

Peso de desperdicios

3 3 5

Peso del empaque

5 5 5

Tiempo de mtto

5 5 3

# de intervenciones para empacar 10 cajas

3 5 3

Tiempo requerido para empezar el empaque

5 5 3

Sistema automático de recepción

3 5 5

Precisión del método de conteo

1 1 5

Precisión del método de orientación del producto

1 3 5

En la tabla 5 se realizó una evaluación cualitativa de cada una de las versiones diseñadas utilizando el mismo rango empleado anteriormente en la QFD, en orden de visualizar cual de este cumple realmente con los establecido por el cliente y las falencias de estas.

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6.4 DISEÑO DETALLADO Una vez definido el concepto de diseño a trabajar, se procede a analizar en detalle cada uno de los componentes necesarios para garantizar el correcto funcionamiento del sistema, en el cual la parte mecánica es la más crítica y por lo tanto es aquella que será analizada a mayor profundidad. Con el propósito de simplificar y asegurar la sincronía del sistema, se determinó que el sistema contará con dos motores: el principal será el encargado del movimiento del volante, la mazorca y la cadena principal que asegura la correcta orientación del producto y un motor secundario para el desplazamiento del riel sobre el cual estarán ubicadas las cajas. 6.4.1. Volante. De acuerdo con las versiones del diseño final presentadas anteriormente, se estableció que el método de corte más eficiente es aquel que se realizará por medio de una volante, cuyo movimiento será ejecutado por medio del motor principal como se observa en la figura 34. Figura 37. Integración del sistema de corte – volante

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Figura 38.Conteo de los tubulares

Figura 39. Sistema de desplazamiento

Sistema de control: Para seleccionar el PLC en el cual será implementado el sistema de control, el criterio más importante a tener en cuenta fue la cantidad de entradas y salidas que tiene el diseño como se muestra en la Tabla 6.

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Para el desarrollo de la máquina se determinaron las partes críticas en el diseño y se buscaron las correctas soluciones para cada una de ellas, tomando como referencia las necesidades vs características de los dispositivos con sus respectivos cálculos matemáticos que abalan la selección de componentes para justificar su correcto funcionamiento. Figura 40. Acople volante,cadena,mazorca

Retomando, este motor es el encargado de mover los tres piñones, que a su vez mueven el volante, la mazorca y la cadena. La sumatoria de los torques ejercidos por los piñones nos dará el torque total mínimo que necesita el motor para funcionar y mover todo el sistema. Los torques se hallaron por separado dependiendo de las fuerzas que actúan en cada uno y despreciando rozamiento entre los materiales, esto debido a que se estima un sistema perfectamente lubricado y buen estado de los componentes; sin embargo, para garantizar la seguridad del sistema se estimó un factor de error del 5%. Con lo dicho anteriormente se pasó a calcular cada piñón como se mostrará a continuación. • Cálculos del volante: Debido a que el volante es el encargado de realizar el corte de las muescas con el buril y de separar los tubulares por medio de una cuchilla, el torque ejercido por este piñon es de gran importancia para el sistema ya

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que representa una de las partes más críticas del sistema. Para obtener el torque mínimo que se le debe trasmitir al piñón al hacer los respectivos cortes del material y vencer el momento de inercia cuando este se encuentre en reposo; se plantearon las siguientes ecuaciones considerando algunas constantes extraídas de las propiedades del Polipropileno y el programa de simulación SolidWorks. Figura 41. Volante

Subíndices a trabajar: - 𝑺𝑺𝒚𝒚𝑪𝑪: resistencia al cortante del Polipropileno - F: Fuerza ejercida por el volante - 𝑨𝑨𝑻𝑻: Área total de corte - 𝝉𝝉𝑪𝑪𝑪𝑪: Resistencia al cortante - 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍: Inercia del volante (Dato obtenido de SolidWorks)

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- 𝝉𝝉𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 = Torque necesario para realzar el corte del material - 𝝉𝝉1 = Torque total en el piñón del volante - 𝝕𝝕 = Velocidad angular Constantes previamente investigadas:

- 𝑺𝑺𝒚𝒚𝑪𝑪 = 3500 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑖𝑖𝑖𝑖2� al convertirlo a 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚2� = 𝑆𝑆𝑦𝑦𝑦𝑦 = 2460744 𝑘𝑘𝑘𝑘

𝑚𝑚2� - 𝝉𝝉𝑪𝑪𝑪𝑪 = 2460744 𝑘𝑘𝑘𝑘

𝑚𝑚2�

- 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍 = 1633005.96 𝑘𝑘∗𝑚𝑚𝑚𝑚2 al convertilo a 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚2� = 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 = 0.001633𝑘𝑘𝑘𝑘∗𝑚𝑚2

- 𝑪𝑪𝟏𝟏 = 1,72𝑚𝑚𝑚𝑚 - 𝑪𝑪𝟐𝟐 = 1,07𝑚𝑚𝑚𝑚

- 𝜽𝜽 = 1200 - 𝑳𝑳𝟏𝟏 = 3𝑚𝑚𝑚𝑚

Ecuaciones a trabajar: - 𝑺𝑺𝒚𝒚𝑪𝑪 = 𝜏𝜏𝑝𝑝𝑝𝑝 - 𝝉𝝉𝑪𝑪𝑪𝑪 = 𝐹𝐹

𝐴𝐴𝑇𝑇� - 𝑭𝑭 = 𝜏𝜏𝑝𝑝𝑝𝑝 ∗ 𝐴𝐴𝑇𝑇 - 𝑨𝑨𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝒄𝒄𝒍𝒍𝑪𝑪 = 𝜋𝜋𝑟𝑟2 - 𝝉𝝉𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 = 𝐹𝐹 ∗ 𝐿𝐿

- 𝑳𝑳𝟐𝟐=𝑟𝑟1 − 𝑟𝑟2 Por lo tanto 𝐴𝐴𝑇𝑇 será igual a: 𝐴𝐴𝑇𝑇 = 𝐴𝐴𝑟𝑟𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑑𝑑𝐴𝐴 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑟𝑟𝑐𝑐𝐴𝐴 𝑝𝑝𝑐𝑐𝑟𝑟 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐ℎ𝑖𝑖𝑙𝑙𝑙𝑙𝐴𝐴 + 𝐴𝐴𝑟𝑟𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑑𝑑𝐴𝐴 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑟𝑟𝑐𝑐𝐴𝐴 𝑝𝑝𝑐𝑐𝑟𝑟 𝑙𝑙𝑐𝑐𝑟𝑟𝑖𝑖𝑙𝑙

𝐴𝐴𝑇𝑇 = 𝐴𝐴1 + (((𝐴𝐴3 ∗ 2) + 𝐴𝐴4) ∗ 2) 3600/1200 = 3

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𝐿𝐿2=0.65𝑚𝑚𝑚𝑚

𝐴𝐴4 = (𝐿𝐿1 ∗ 𝐿𝐿2) ∗ 2 = 3.9𝑚𝑚𝑚𝑚2

𝐴𝐴2 = 𝜋𝜋𝑟𝑟22 = 3.59𝑚𝑚𝑚𝑚2

𝐴𝐴1 = (𝜋𝜋𝑟𝑟12 − 𝐴𝐴2) = 5.7𝑚𝑚𝑚𝑚2

𝐴𝐴3 =𝐴𝐴13

= 1.9𝑚𝑚𝑚𝑚2

𝐴𝐴𝑇𝑇 = (5.7𝑚𝑚𝑚𝑚2 + ((3.8𝑚𝑚𝑚𝑚2 + 3.9𝑚𝑚𝑚𝑚2) ∗ 2)

𝐴𝐴𝑇𝑇 = 21.1𝑚𝑚𝑚𝑚2

𝐴𝐴𝑇𝑇 = 2.1𝑙𝑙10−5𝑚𝑚2 Figura 42. Áreas seccionadas

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Con el área anterior se procede a hallar la fuerza necesaria para realizar el corte:

𝑭𝑭 = 𝝉𝝉𝑪𝑪𝑪𝑪 ∗ 𝑨𝑨 𝐹𝐹 = 2460744𝑘𝑘𝑘𝑘

𝑚𝑚2� ∗ 2.1𝑙𝑙10−5𝑚𝑚2

𝐹𝐹 = 51.67𝑘𝑘𝑘𝑘 ∗ 𝑘𝑘 𝑭𝑭 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓.𝟕𝟕𝑵𝑵

De acuerdo en cuenta a la figura 39, el torque en un punto es igual a la fuerza por la longitud del brazo el cual está ejerciendo el torque; por lo tanto, el torque será: Longitud del brazo= 83.365 mm Longitud del brazo en metros = 0.083365 m

𝜏𝜏𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 506.7𝑁𝑁 ∗ 0.083365𝑚𝑚

𝜏𝜏𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝟒𝟒𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟒𝟒𝑵𝑵.𝒎𝒎 Figura 43. Diagrama distancia - fuerza

Ahora se desea hallar el torque necesario para que el piñón logre mover el eje (vencer el momento de inercia). Para esto es necesario hallar la aceleración angular

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del motor, estimando un tiempo de estabilización de 0.4 segundos y con una velocidad angular de 750RPM. Al pasar 750RPM radianes sobre segundo, se obtiene: 78.539𝑐𝑐𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑦𝑦𝑐𝑐𝑘𝑘�

𝜶𝜶 = 𝝕𝝕/𝑪𝑪

𝜶𝜶 =78.539𝑐𝑐𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑦𝑦𝑐𝑐𝑘𝑘�

0.4𝑦𝑦𝑐𝑐𝑘𝑘= 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓.𝟑𝟑𝟒𝟒𝟕𝟕𝟓𝟓 𝑪𝑪𝒓𝒓𝒓𝒓

𝑪𝑪𝑪𝑪𝒔𝒔𝟐𝟐

Con la aceleración angular hallada, se calcula el torque necesario para mover el eje de rotación de la siguiente manera:

• 𝜶𝜶 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓.𝟑𝟑𝟒𝟒𝟕𝟕𝟓𝟓 𝑪𝑪𝒓𝒓𝒓𝒓𝑪𝑪𝑪𝑪𝒔𝒔𝟐𝟐

• 𝝉𝝉𝑪𝑪𝒆𝒆𝑪𝑪 = 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍 ∗ 𝜶𝜶 • 𝝉𝝉𝑪𝑪𝒆𝒆𝑪𝑪 = 𝟓𝟓.𝟑𝟑𝟐𝟐𝟓𝟓𝟓𝟓𝑵𝑵∗𝒎𝒎

Ahora es posible hallar el torque total en el piñón:

𝝉𝝉1 = 𝝉𝝉𝑪𝑪𝒆𝒆𝑪𝑪 + 𝝉𝝉𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪

𝝉𝝉1 = 𝟒𝟒𝟐𝟐.𝟐𝟐𝟒𝟒𝑵𝑵.𝒎𝒎 + 𝟓𝟓.𝟑𝟑𝟐𝟐𝟓𝟓𝟓𝟓𝑵𝑵∗𝒎𝒎

𝝉𝝉1 = 𝟒𝟒𝟐𝟐.𝟓𝟓𝟓𝟓𝑵𝑵.𝒎𝒎 • Cálculos de la mazorca: Teniendo en cuenta que 𝝉𝝉2 es el torque ejercido por el piñón que mueve todo el eje de la mazorca y debido a que este eje no tiene más fuerzas que le afecten adicionales a su propio peso (ya que se asume un sistema libre perdidas y fricciones). Por lo tanto, se estima que el punto en que se ejerce más fuerza en el piñón es cuando se desea vencer el momento de inercia de este eje; sin embargo se estimó un porcentaje de pérdida del 5% por factores de seguridad. Teniendo en cuenta esto, se realizaron sus respectivos cálculos para hallar el toque en este instante.

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Figura 44. Mazorca

Subíndices a trabajar: - 𝝉𝝉2 = Torque total en el piñón que mueve la mazorca - 𝑰𝑰 = 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍 = Momento de inercia de la mazorca - 𝜶𝜶 = Aceleración angular Datos obtenidos previamente:

- 𝑰𝑰 = 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍 = 554501.81 𝑘𝑘∗𝑚𝑚𝑚𝑚2

- 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍 = 0.0005545 𝑘𝑘𝑘𝑘∗𝑚𝑚2

- 𝜶𝜶 = 196.3475 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠2

Ecuaciones para el sistema:

- 𝝉𝝉2 = 𝐼𝐼 ∗ 𝛼𝛼 Por lo tanto el torque ejercido por el eje de la mazorca para vencer su inercia es de:

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𝝉𝝉2 = 𝟓𝟓.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟒𝟒 𝑵𝑵∗𝒎𝒎 • Cálculos de la cadena: Al igual que en el cálculo anterior, se despreciarán las fricciones y pérdidas en el sistema. También se debe tener en cuenta que la relación de todos los piñones es de 1 a1 lo cual hace que no influya en los cálculos. Figura 45.Sistema de empalme a la cadena

Subíndices a trabajar: - 𝝉𝝉3 = torque total en el piñón que mueve la cadena - 𝑰𝑰 = 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍 = momento de inercia de la cadena - 𝜶𝜶 = Aceleración angular Datos tomados obtenidos previamente:

- 𝑰𝑰 = 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 = 23447.52 𝑘𝑘∗𝑚𝑚𝑚𝑚2

- 𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍 = 0.00002344752 𝑘𝑘𝑘𝑘∗𝑚𝑚2

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- 𝜶𝜶 = 196.3475 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠2

Ecuaciones para el sistema:

- 𝝉𝝉3 = 𝑰𝑰 ∗ 𝜶𝜶 Por lo tanto, el torque ejercido por el eje de la cadena para vencer su inercia es de:

𝝉𝝉3 = 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝟓𝟓𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓𝟑𝟑𝟏𝟏𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟑𝟑 𝑵𝑵∗𝒎𝒎 Al haber hallado los torques ejercidos por los piñones podemos decir que la sumatoria de todos los torques es igual al torque ejercido por el motor, con esto podemos determinar el torque total mínimo que debe ejercer el motor para que el sistema funcione:

𝝉𝝉𝑐𝑐 = 𝝉𝝉1 + 𝝉𝝉2 + 𝝉𝝉3

𝝉𝝉𝑐𝑐 = 𝟒𝟒𝟐𝟐.𝟓𝟓𝟓𝟓𝑵𝑵.𝒎𝒎 + 𝟓𝟓.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟒𝟒 𝑵𝑵∗𝒎𝒎 + 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝟓𝟓𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓𝟑𝟑𝟏𝟏𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟑𝟑 𝑵𝑵∗𝒎𝒎

𝝉𝝉𝑐𝑐 = 𝟒𝟒𝟐𝟐.𝟓𝟓𝟓𝟓𝑵𝑵.𝒎𝒎 A esto le añadimos un factor de error del 5% para compensar en pérdidas por lo cual quedaría el siguiente valor:

𝝉𝝉𝑐𝑐 = 𝟒𝟒𝟐𝟐.𝟓𝟓𝟓𝟓𝑵𝑵.𝒎𝒎 + 𝟓𝟓%

𝝉𝝉𝑪𝑪 = 𝟒𝟒𝟒𝟒.𝟕𝟕𝟏𝟏𝑵𝑵.𝒎𝒎 Conociendo el torque total del sistema se realizan los respectivos cálculos para hallar la potencia mecánica mínima necesaria para el correcto funcionamiento de la maquina:

𝑷𝑷: Potencia total necesaria

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𝝕𝝕: Velocidad angular 𝝕𝝕 = 750RPM 𝑷𝑷 = 𝝉𝝉𝑐𝑐 ∗ 𝝕𝝕 𝑷𝑷 = 4.717ℎ𝑝𝑝

• Cálculos Motor 2: Para el sistema de empacado se diseñaron 2 rieles los cuales internamente tienen una cadena que es halada por un motorreductor (cada riel funciona con su propio motor independiente). Para poder seleccionar estos motores se planteó un caso crítico en el cual el sistema estuviera con el límite máximo de cajas que puede tener y estas a su vez llenas a su totalidad de tubulares plásticos, con esto se determinó el peso máximo que debe jalar el motor; teniendo en cuenta que las fricciones en las superficies de contacto entre riel y bandeja se despreciaron para facilitar sus cálculos, sin embargo, se tomó un porcentaje de erro del 5% por factores de seguridad. Figura 46. Riel desplazador de cajas

Subíndices a trabajar: - 𝑣𝑣𝑖𝑖= velocidad inicial - 𝑣𝑣2= velocidad final - 𝑚𝑚= masa (donde se incluye peso de la caja, peso total de tubulares en la caja y la base que soporta el sistema)

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- ∆𝑐𝑐= el tiempo que se demora en alcanzar la velocidad máxima - 𝑟𝑟 = radio en el piñon que este acoplado al motor Ecuaciones:

- 𝒎𝒎 ∗ 𝒗𝒗𝑪𝑪 = −∫𝒇𝒇𝒓𝒓𝑪𝑪 + 𝒎𝒎𝒗𝒗𝟐𝟐

- 𝒇𝒇 = 𝒎𝒎𝒗𝒗𝟐𝟐∆𝑪𝑪

- 𝑷𝑷 = 𝝉𝝉𝑪𝑪 ∗ 𝝕𝝕

- 𝝉𝝉 = 𝒇𝒇 ∗ 𝑪𝑪

- 𝑷𝑷 = 𝝉𝝉 ∗ 𝝕𝝕

- 𝝕𝝕 = 𝒗𝒗𝟐𝟐𝑪𝑪

Constantes del sistema:

- 𝒗𝒗𝑪𝑪 = 𝟓𝟓

- 𝒗𝒗𝟐𝟐 = 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝒎𝒎𝒎𝒎 𝑪𝑪⁄

- 𝒎𝒎 = 𝟕𝟕𝟒𝟒𝒌𝒌𝒔𝒔

- ∆𝑪𝑪 = 𝟓𝟓.𝟒𝟒𝑪𝑪

- 𝑪𝑪 = 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟑𝟑𝟓𝟓𝟎𝟎

Por lo tanto, la fuerza de arrastre ejercida por la cadena es:

𝑓𝑓 =𝟕𝟕𝟒𝟒𝒌𝒌𝒔𝒔 ∗ 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝒎𝒎𝒎𝒎 𝑪𝑪⁄

𝟓𝟓.𝟒𝟒𝑪𝑪

𝒇𝒇 =𝟕𝟕𝟒𝟒𝒌𝒌𝒔𝒔 ∗ 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝒎𝒎 𝑪𝑪⁄

𝟓𝟓.𝟒𝟒𝑪𝑪

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𝒇𝒇 = 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝟏𝟏𝟐𝟐𝟓𝟓𝑵𝑵

Con lo anterior se determina el torque mínimo en el motor de la síguete manera:

𝜏𝜏 = 0.0925𝑁𝑁 ∗ 𝑟𝑟

𝝉𝝉 = 𝟓𝟓.𝟓𝟓𝟓𝟓𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓𝟕𝟕𝟑𝟑𝟕𝟕𝟓𝟓 N Con el torque encontrado se encuentra la potencia mecánica necesaria:

𝑃𝑃 = 𝜏𝜏 ∗𝑣𝑣2𝑟𝑟

𝑃𝑃 = 0.004657375 ∗ 0.00125

𝑷𝑷 = 𝟕𝟕.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟕𝟕𝒍𝒍𝟏𝟏𝟓𝟓−𝟏𝟏𝒉𝒉𝑪𝑪 Una vez se obtuvieron todos los valores necesarios para la selección de los motores, fueron seleccionados los que se muestran a continuación: Tabla 5. Características de motores

Selección del sensor de conteo: Para el conteo de la cantidad de tubulares se hace uso de un sensor láser Keyence de referencia ExceptLV – S31/Turbo como se muestra en la figura 45. Este sensor es NPN de colector abierto y cuenta con dos canales. El tiempo de respuesta de este sensor es de 500 µs lo cual garantiza que

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el conteo se haga de manera correcta, teniendo en cuenta que un tubular es extruido cada 0.17 segundos. Figura 47. Sensor LV-11SA

Figura 48.Conteo de los tubulares

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Figura 49.Sistema de apilamiento

Sistema de control: Para seleccionar el PLC en el cual será implementado el sistema de control, el criterio más importante a tener en cuenta fue la cantidad de entradas y salidas que tiene el diseño como se muestra a continuación.

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Tabla 6. Símbolos designados para las entradas y salidas del sistema

Entrada Símbolo Indicación Salida Símbolo

I0,0 S1 Paro de emergencia Q,02 Fusible

I0,1 S2 Sensor peso Q,03 Over Load

I0,2 S3 Sensor conteo Q,04 Variador de velocidad

I0,3 S4 Fusible Q,05 Actuador guía 1

I0,4 S5 Over Load Q,06 Actuador guía 2

I0,5 S6 Final de carrera

para actuador guía vertical 1

Q,07 Motor desplazador 1

I0,6 S7 Final de carrera

para actuador guìa vertical 2

Q,08 Motor desplazador 2

I0,7 S8 Final de carrera

para motor desplazador 1

Q,09 Alarma cajas

I0,8 S9 Final de carrera

para motor desplazador 2

Q,10 Alarma paro de emergencia

Una vez consignada la cantidad de entradas y salidas necesitadas, se decidió utilizar un módulo PLC S7-224, el cual cuenta con la capacidad necesaria para procesar la información que será ingresada al sistema.

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Figura 50. Comparativo de las CPU’s S7-200

Sensor de peso: La selección de este sensor se hizo partiendo del peso de una caja con capacidad para 25.000 tubulares estando llena y el peso de la caja lo cual da un total de 20 Kg aproximadamente. Por esta razón se eligió trabajar con la celda de carga MT1022, la cual permite trabajar en un rango de 3 a 30 Kg como se muestra a continuación:

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Figura 50. Características celda de carga MT1022

Figura 51. Vista explosionada de todo el sistema.

En la figura anterior se observa la totalidad del ensamble del sistema de empaque, en el cual se realizaron ajustes utilizando diferentes elementos de sujeción, los cuales pueden verse en detalle en los anexos, evitando que las piezas se desajusten debido a los movimientos ocasionados por el desplazamiento de las cajas y los tubulares durante su funcionamiento.

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7. VALIDACIÓN

Para la validación del sistema se realizó la configuración del método de conteo con el sensor indicado anteriormente, simulando la velocidad de extrusión de los tubulares por medio de la misma implementación utilizada en la generación de conceptos, como se puede visualizar en la siguiente imagen. Figura 52. Simulación salida de la extrusora

Figura 53. Foto prueba realizada para la prueba del sensor de conteo.

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Para realizar las pruebas, se intentó simular una velocidad de 10 tubulares por segundo, con el propósito de proporcionar un margen de error del 66% sobre la velocidad nominal de extrusión, esto teniendo en cuenta las futuras modificaciones que la empresa hará a su proceso de extrusión actual. Los resultados obtenidos prueban que el sensor tiene la capacidad de registrar de manera correcta una cantidad de objetos superior a las necesidades del sistema.

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8. CONCLUSIONES Utilizando la metodología del diseño concurrente fue posible determinar las restricciones del proyecto, las que en este caso están delimitadas por el funcionamiento de la extrusora; como la velocidad de empaque al tener un máximo de 6 tubulares/segundo, impidiendo que el sistema de empaque pudiera ser más eficiente. El diseño del sistema de empaque automático hizo posible corregir la orientación de los tubulares dentro de las cajas gracias al sistema de transporte de los mismos durante el proceso, el cual tuvo diferentes modificaciones a lo largo de todas las etapas de diseño, dado que la retención de los tubulares en los cambios de orientación fue de gran importancia para la correcta posición al momento de apilarlos dentro de la caja, lo cual permitirá a la empresa entregar el producto como es solicitado por sus clientes, evitando devoluciones, las cuales actualmente representan un 30% de las entregas mensuales. La integración de los principales subsistemas en sincronía fue realizada de manera sencilla mediante el uso de un solo motor en este tramo, acoplado a cada uno de estos por medio de piñones con relación 1 a 1, lo cual representa un ahorro energético considerable y simplifica futuros costos de mantenimiento por una mala sincronización en los sistemas. Para el desplazamiento de las cajas posterior al empaque se utilizó un segundo motor, con el fin de no sobrecargar el diseño con sistemas de transmisión adicionales, las cuales complicarían su ajuste debido a la ubicación de los rieles y las diferentes velocidades que se manejan en cada sistema. Por medio de la integración del sistema, en la extrusora se logró reducir de un 50% a un 10% en desperdicios de material que debe reprocesarse, el cual es en su totalidad piezas de viruta y asumiendo un factor de error de 5%; esto teniendo en cuenta que la extrusora trabaje a la velocidad establecida inicialmente y las características de los tubulares se mantengan iguales al momento de iniciar el proceso. Por otro lado, las intervenciones del operario a cargo se ven limitadas a realizar el ajuste inicial del proceso y finalmente a la recepción de las cajas ya empacadas. En el momento de seleccionar los motores y los sensores, estos fueron sobredimensionados, ya que se esperan mejoras a futuro en la extrusora, como la repotenciación de la misma; por este motivo se espera que la velocidad de extrusión se incremente y por lo tanto el sistema de empaque debe poder ajustarse sin realizar cambios muy drásticos; en este caso únicamente deberán ser reemplazados los

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piñones acoplados al motor, modificando las relaciones para la transición de potencia, por medio del incremento de la velocidad

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ROJAS, Álvaro J. “Diseño Mecatrónico. Introducción- proceso de diseño. Teoría” [en línea]: SMART MOTOR DEVICES [consultado el 20 de Noviembre de 2017]. Disponible en Internet: http://stepmotor.biz/es/theory.htm SALAZAR BONILLA, Julio R. “Automatización de una maquina empacadora de caramelo en polvo” [en línea]: Trabajo de grado Ingeniería Eléctrica y Control. Quito: Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería, 2009. p.9 [consultado el 4 de Agosto de 2017]. Disponible en Internet: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4241/1/CD-2519.pdf SANTACRUZ FIGUEROA, Edgar. SUAREZ RUBIO, Jesús H. “Diseño y modelamiento de una maquina dosificadora y empacadora de frutas deshidratadas”. Trabajo de Grado Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica. Bogotá: Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería, 2007. p.120. [consultado el 8 de Agosto de 2017] Disponible en Internet: http://repository.lasalle.edu.co/bitstream/handle/10185/16664/T44.07%20S59d.pdf?sequence=1 SIEMENS. “Motores eléctricos: catálogo general SD03 2007” [en línea] [consultado el 4de Diciembre de 2017]. Disponible en Internet: http://frrq.cvg.utn.edu.ar/pluginfile.php/6825/mod_resource/content/1/Motores%20NNM.pdf TME S.A.S TECNOLOGÍA EN MAQUINARIA DE EMPAQUE. “emc-10” [en línea]. [Consultado el 4 de Enero de 2018]. Disponible en Internet: http://www.tme.com.co/empacadoras-automaticas/multicabezal/emc-10/ Teoría de máquinas empacadoras [en línea]: En: repositorio.utn.edu.ec [consultado el 25 de Junio de 2017]. Disponible en Internet: repositorio.utn.edu.ec/bitstream/ VARGAS HOLGUIN, Víctor Raúl. “Diseño de un sistema mecatrónico para la automatización de empaques de cremas de dientes en cajas para la línea 1 de la planta de cuidado oral en colgate palmolive colombia” Trabajo de Grado. Ingeniería Mecatrónica. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 2010. 120 p. VELASCO, Juan Guillermo. “Diseño de un sistema mecatrónico para el proceso de empaque en cajas de los productos de la línea suavizantes en presentación doy

91

pack de 200 cm en la empresa Colgate Palmolive Colgate”. Trabajo de Grado Ingeniería Mecatrónica. Santiago de Cali: Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de Ingeniería, 2011. 151 p.

92

ANEXOS Anexo 1. Diagrama eléctrico de conexiones de entrada al PLC

Facultad de Ingeniería

Diagrama Eléctrico de Conexión de entradas al PLC

Integrantes

Universidad Autónoma de Occidente

2117339

2096167

Yesenia Gomez Alvarez

Director: Álvaro José Rojas

Fecha: 11 04 2018

Daniela Sanchez Marmolejo

93

Anexo 2. Diagrama eléctrico conexiones de salidas del plc

Facultad de Ingeniería

Diagrama Eléctrico de Conexión de salidas del PLC

Integrantes

Universidad Autónoma de Occidente

2117339

2096167

Yesenia Gomez Alvarez

Director: Álvaro José Rojas

Fecha: 11 04 2018

Daniela Sanchez Marmolejo

94

Anexo 3. Diagrama de fuerza del sistema

Facultad de Ingeniería

Diagrama de fuerza

Integrantes

Universidad Autónoma de Occidente

2117339

2096167

Yesenia Gomez Alvarez

Director: Álvaro José Rojas

Fecha: 11 04 2018

Daniela Sanchez Marmolejo

95

Anexo 4. Vista explosionada apiladores

96

Anexo 5. Vista explosionada de la mazorca

97

Anexo 6.Vista explosionada del buril

98

Anexo 7. Vista explosionada de rieles

99

Anexo 8. Datasheet motor paso a paso nema 17 (2)

100

Anexo 9. Datasheet servomotor

101

Anexo 10. Datasheet motor principal del sistema gp-10

102

Anexo 11. Volante en diferentes posiciones

103

Anexo 12. Plano general volante

104

Anexo 13. Vista explosionada del volante

105

Anexo 14. Planos cubierta exterior del volante

106

Anexo 15. Plano cuerpo principal del volante

107

Anexo 16. Plano tolva del volante

108

Anexo 17. Plano soporte del eje de transmisión

109

Anexo 18. Plano del interior del volante

110

Anexo 19. Plano eje de transmisión del volante

111

Anexo 20. Plano general del cabezal

112

Anexo 21. Plano parte externa del cabezal

113

Anexo 22. Plano cabezal explosionado

114

Anexo 23. Plano cuerpo principal del cabezal

115

Anexo 24. Plano soporte eje transmisión mazorca

116

Anexo 25. Plano de la mazorca

117

Anexo 26. Plano del canal

118

Anexo 27. Plano detallado del canal

119

Anexo 28. Plano explosionado del canal

120

Anexo 29. Plano cuerpo principal canal central

121

Anexo 30. Plano soporte 2 canal

122

Anexo 31. Plano elemento de unión cabezal – canal

123

Anexo 32. Plano del elemento de salida del producto

124

Anexo 33. Plano seleccionador de salida

125

Anexo 34. Plano soporte seleccionador de salida

126

Anexo 35. Plano soporte servomotor 1

127

Anexo 36. Plano soporte servomotor 2

128

Anexo 37. Plano elemento soporte de transmisión

129

Anexo 38. Plano eje de transmisión 1

130

Anexo 39. Plano eje de transmisión 2

131

Anexo 40. Plano eje de cadena separadora 1

132

Anexo 41. Plano eje de cadena separadora 2

133

Anexo 42. Plano cadena separadora eslabón

134

Anexo 43. Plano canal derecho

135

Anexo 44. Plano elemento de salida al canal derecho

136

Anexo 45. Plano cuerpo del canal derecho

137

Anexo 46. Plano canal izquierdo

138

Anexo 47. Plano elemento de salida al canal izquierdo

139

Anexo 48. Plano cuerpo del canal izquierdo

140

Anexo 49. Plano soporte eje lona

141

Anexo 50. Plano soporte lona

142

Anexo 51. Plano lona

143

Anexo 52. Plano soporte rodillo guía salida

144

Anexo 53. Plano soporte motor guía salida

145

Anexo 54. Plano del rodillo guía para la salida

146

Anexo 55. Plano guía de salida

147

Anexo 56. Plano general desplazador de cajas

148

Anexo 57. Plano desplazador

149

Anexo 58. Vista explosionada del desplazador

150

Anexo 59. Plano del cuerpo principal del desplazador

151

Anexo 60. Plano del cuerpo principal del desplazador

152

Anexo 61. Plano del eje de transmisión primario

153

Anexo 62. Plano del eje de transmisión

154

Anexo 63. Plano del eje de desplazamiento

155

Anexo 64. Plano desplazador de la bandeja

156

Anexo 65. Plano de la estructura de la máquina

157

Anexo 66. Plano estructura de la máquina

158

Anexo 67. Vista explosionada de la estructura

159

Anexo 68. Plano detallado estructura máquina

160

Anexo 69. Plano del eje de transmisión del motor

161

Anexo 70. Plano del soporte eje de transmisión del motor