mejora de diseÑo para un cortador divisor …
TRANSCRIPT
1
MEJORA DE DISEÑO PARA UN CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO PARA
MASA DE HARINA DE TRIGO
Danilo Andrés Tamayo Pérez. Cód. 20141375041
Juan José Pérez Quevedo. Cód. 20131375109
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS.
FACULTAD TECNOLÓGICA.
PROYECTO CURRICULAR INGENIERIA MECÁNICA.
BOGOTÁ DC.
2016
2
MEJORA DE DISEÑO PARA UN CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO PARA
MASA DE HARINA DE TRIGO
Danilo Andrés Tamayo Pérez. Cód. 20141375041
Juan José Pérez Quevedo. Cód. 20131375109
Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Mecánico
Tutor de Proyecto
Ing. Alexander Alvarado
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS.
FACULTAD TECNOLÓGICA.
PROYECTO CURRICULAR: INGENIERIA MECÁNICA.
BOGOTÁ DC.
2016
3
Bogotá D.C. 22 Septiembre de 2016.
Nota de aceptación
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
____________________________
Presidente del jurado
____________________________
Jurado
Ing.
____________________________
Jurado
Ing.
4
Dedicatoria.
La responsabilidad de este proyecto
de grado es exclusiva de los autores
5
CONTENIDO
pág.
1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………..…….16
2 OBJETIVOS.........................................................................................................16
2.1 OBJETIVO GENERAL..................................................................................................16
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.........................................................................................17
3 MISIÓN…………………………………………………………………………….……17
4 MARCO TEÓRICO…………………………………………………….………………18
4.1 MÁQUINA DIVISORA DE MASA DE HARINA DE TRIGO MANUAL……... ………………18
4.2 CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO PARA MASA DE HARINA DE TRIGO...…………..19
4.3 CORTADOR DIVISOR QUE REDONDEA AUTOMÁTICAMENTE…...……………22
4.4 DIVISORAS DE MASA ROBOCUT 2 HIDRÁULICA……………………...…………24
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CON EL CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO PARA MASA DE HARINA DE TRIGO……………………….………. 25
6 REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE……...............…………………………………26
6
6.1 IDENTIFICACIÓN DEL CLIENTE………………………………………………...…… 26
6.2 DETERMINACIÓN REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE………………….........….. 26
7 BENCHMARKING………………………………………………….…………………..30
7.1 VALORACION DE USO………………………………………………………………….30
7.2 VALORACION DE COSTO……………………………………………….……………..31
8 DESPLIEGUE DE FUNCIÓN DE CALIDAD (QFD)………………………………...31
8.1 REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE CON LAS ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA………………………………………………………………………....……….……31
8.2 CÁLCULO DE LAS PRIORIDADES EN LAS ESPECIFICACIONES TÉCNICAS…32
8.3 IDENTIFICACIÓN Y EVALUACIÓN DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING QFD) ………………………………………………………………………..33
8.4 ANÁLISIS COMPETENCIA…………………………………………………….....….……..34
9 GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DE CONCEPTOS…………….....………..36
9.1 GENERACIÓN DE CONCEPTO…………………………………………......…………36
9.2 INTEGRACIÓN DE CONCEPTOS…………………………………………........……..37
7
9.3 TABLA DE COMBINACIÓN DE CONCEPTOS…………………………………......…….37
9.4 EVALUACIÓN DE CONCEPTOS…………………………………………………………...39
9.5 JUICIO DE FACTIBILIDAD METODOLOGÍA DE LA LISTA DE CHEQUEO…………..39
9.6 REVISIÓN SOBRE TECNOLOGÍA NECESARIA, LISTA DE CHEQUEO……………..40
9.7 CUMPLIMIENTO DE LAS FUNCIONES MATRIZ DE DECISIÓN…………….………...41
9.8 CUMPLIMIENTO CON LOS REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE MATRIZ DE DECISIÓN………………………………………………………………………………………….42
10 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO…………………………………………...43
11 EVALUACIÓN DEL PRODUCTO EN CUANTO A CONFIABILIDAD Y SEGURIDAD (DFR Y FMEA)……………......………………………………………….45
11.1 ANÁLISIS DE MODO Y EFECTO DE FALLA (FMEA)……………………………….46
11.2 DIAGRAMA DE PARETO PRIORIDADES PARA ACCIONES DE MEJORA….…..49
12 EVALUACIÓN DEL PRODUCTO EN CUANTO A IMPACTO AMBIENTAL.49
12.1. DESARROLLO DE NUEVOS CONCEPTOS……………………………………...…….49
12.2. REDUCCIÓN DEL USO DE MATERIALES……………………………………………..49
12.3. OPTIMIZACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN…………………….……….50
8
12.4 OPTIMIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN……………………..……...50
12.5 REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL ……………………………………………..50
12.6. OPTIMIZACIÓN DE LA VIDA DEL PRODUCTO………………..……………………...50
12.7. OPTIMIZACIÓN DEL FIN DE VIDA DEL PRODUCTO………………………………...51
13 PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR LA ENSAMBLABILIDAD DE LOS COMPONENTES…………………………………………………………………...……51
13.1 REPOSICIONAMIENTO DEL COMPONENTE BASE……………………………………………..52
13.2 DEFINICION DE INTERFACES DONDE SE DESARROLLAN LAS FUNCIONES….53
13.3 DISEÑO COMPONENTES PARA UN TIPO ESPECÍFICO DE TOMA, MANIPULACIÓN E INSERCIÓN………………………………………………………………...53
13.4 DISEÑO COMPONENTES TOMANDO EN CUENTA EL ROL DE SU SIMETRÍA (O ASIMETRÍA) EN EL ENSAMBLE………………………………………………………………..54
13.5 ALINEACIÓN E INSERCIÓN ENTRE COMPONENTES TIPO GUÍAS Y/O CHAFLANES………………………………………………………………………………………54
14 ANÁLISIS DE DISEÑO Y CÁLCULOS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL MECANISMO DEL CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO………54
14.1 MODELO MATEMÁTICO PARA SELECCIÓN DE LOS PISTONES………………….56
9
14.2 SELECCIÓN DE LOS PISTONES………………………………………………………...57
15 DESCRIPCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE CÁLCULO Y COMPUTACIONALES EMPLEADAS………………………………………………….62
15.1 EL SOPORTE ………………………………………………………………………….....62
15.2 RESULTADOS FINALES………………………………………………………………..64
15.3 ÁNALISIS DE ELEMENTO VIGA………………………………………………………….66
16 IDENTIFICACIÓN, SELECCIÓN Y DESCRIPCIÓN DE CONPONENTES PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL EQUIPO…………………………………………68
16.1 CONSIDERACIONES GENERALES DE AUTOMATIZACIÓN……………………...68
16.2 CONTROLADOR…………………………………………………………………………68
16.3 RELÉ LÓGICO PROGRAMABLE (PLR)……………………………………………….69
16.4 METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO DE IMPLEMENTACIÓN…………………...70
16.4.1 SISTEMA DE SUBIDA Y BAJADA DE LA CORTADORA ……………………..…70
16.4.2 SISTEMA INTERRUPTOR DE CUCHILLAS…………………………………………70
16.5 SENSOR QUE DETECTA LA PRESENCIA DE LA BANDEJA……………………..70
16.6 ACTUADORES…………………………………………………………………………...70
10
17 PROCEDIMIENTO……………………………………………………………….71
17.1 MONTAJE ELÉCTRICO FABRICACIÓN Y MONTAJE DE LA CAJA DE CONTROL............................................................................................................................71
17.2 CABLEADO DE LOS SENSORES Y LOS ACTUADORES.....................................71
17.3 PRUEBAS DE CONEXIÓN......................................................................................71
17.4 PROGRAMACIÓN………………………………………………………………………..71
17.5 LISTADO DE SEÑALES DIGITALES…………………………………………………..74
18. ANÁLISIS Y COMPARACION DE COSTOS DE FABRICACION……….....75
18.1 LISTADO DE ELEMENTOS ESTANDARIZADOS……………………………………75
18.2 COSTO DE FABRICACIÓN CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO MANUAL……..76
18.3 SELECCIONAR MATERIALES Y TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN RELEVANTES76
18.5 COSTOS DE OPERACIÓN DE LA MÁQUINA MANUAL NEUMÁTICA CON RESPECTO A LA REDISEÑADA........................................................................................81
19 CONCLUSIONES………………………………………………………………...82
20 REFERENCIAS…………………………………………………………………...84
11
LISTADO TABLAS
pág.
TABLA 1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DIVISORA ELÉCTRICA………………………23
TABLA 2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DIVISORA ELECTROHIDRÁULICA..............25
TABLA 3 NECESIDADES DEL CLIENTE E IMPORTANCIA RELATIVA…………………...28
TABLA 4 ESPECIFICACIÓN E IMPORTANCIA RELATIVA………………………………….29
TABLA 5 REQUERIMIENTOS DE MAYOR IMPACTO………………………………………..30
TABLA 6 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS……………………………………………………32
TABLA 7. BENCHMARKING ……………………………………………………………………..33
TABLA 8 MATRIZ QFD……………………………………………………………………………35
TABLA 9 TABLA DE COMBINACIÓN DE CONCEPTOS……….…………………………….38
TABLA 10 JUICIO DE FACTIBILIDAD………………………………………...………………...40
TABLA 11 TECNOLOGÍA NECESARIA……………………………………………………41
TABLA 12 FUNCIONES DE LA MATRIZ DE DECISIÓN……………………………………..41
TABLA 13 REQUERIMIENTOS CLIENTE………………………………………………………43
TABLA 14 PLAN DE ACTIVIDADES…………………………………….………………………52
TABLA 15 INTERACCIÓN DONDE SE DESARROLLAN LAS FUNCIONES…...…………53
TABLA 16 ACERO ESTRUCTURAL…………………………………………………………….63
TABLA 17 ASTM A36…………………………………………………………………………….66
TABLA 18 LISTADO ENTRADAS DEL PLR…………………………………..………………..74
TABLA 19 COSTOS DE PRODUCTOS COMPETIDORES…………………………………..75
12
pág.
TABLA 20, COSTO ELEMENTOS DIVISORA NEUMÁTICA MANUAL…………….……….76
TABLAS 21, MATERIALES Y TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN RELEVANTES…………….77
TABLA 22, COSTO ELEMENTOS MATERIA PRIMA PARA LA PARTE MECÁNICA…….78
TABLA 23, COSTO ELEMENTOS MATERIA PRIMA PARA LA PARTE ELECTRÓNICA..78
TABLA 24, COSTO GENERAL DEL REDISEÑO………………………………………………79
TABLA 25, PRECIO DE VENTA DE LA MAQUINA DIVISORA NEUMÁTICA REDISEÑADA......................................................................................................................80
TABLA 26, COMPARACIÓN COSTOS OPERACIONALES................................................81
TABLA 27, COMPARACIÓN FINAL DE PRECIO DE COMERCIALIZACIÓN....................82
13
LISTADO DE FIGURAS pág.
ILUSTRACIÓN 1: PIEZAS CORTADORA MANUAL………………………………….18 ILUSTRACIÓN 2: FUNCIONAMIENTO CORTADOR DIVISOR MANUAL…………19 ILUSTRACIÓN 3: CORTADORA NEUMÁTICA……………………………………….20 ILUSTRACIÓN 4 EXPLOSIONADO DIVISORA NEUMÁTICA……………………...21
ILUSTRACIÓN 5: CORTADORA ELÉCTRICA ……………………………………….22 ILUSTRACIÓN 6 PRODUCTO PROCESADO…………………………………...……23 ILUSTRACIÓN 7, CORTADORA ELECTROHIDRÁULICA ROBOCUT……………24 ILUSTRACIÓN 8: NECESIDADES PRIORIZADAS…………………………………..29
ILUSTRACION 9 VALORACIÓN DE USO……………………………………………30 ILUSTRACIÓN 10 VALORACIÓN DE COSTO……………………………………….31
ILUSTRACION 11 RELACION ENTRE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Y
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE…………………………………………………….32
ILUSTRACION 12 QFD ESPECIFICACIONES TÉCNICAS IMPORTANCIA
RELATIVA………………………………………………………………………………….33
ILUSTRACIÓN 13 ANÁLISIS DE COMPETENCIA……………………………...……34 ILUSTRACIÓN 14 ANÁLISIS FUNCIONAL……………………………………………36 ILUSTRACIÓN 15, DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL…………………………...…36 ILUSTRACIÓN 16, INTERACCIONES FUNCIONALES E INCIDENTALES…...…43 ILUSTRACIÓN 17 DISEÑO A NIVEL DE SISTEMA/ AGRUPACIÓN......................44 ILUSTRACIÓN 18 ENSAMBLE EXPLOSIVO DEL SISTEMA NEUMÁTICO
BÁSICO....................................................................................................................45
ILUSTRACIÓN 19 ANÁLISIS DE MODO Y EFECTO DE FALLA…………………...48
14
ILUSTRACIÓN 20 DIAGRAMA DE PARETO…………………………………………49 ILUSTRACIÓN 21 DISEÑO A NIVEL DE SISTEMA Y AGRUPACIÓN EN PROCESO DE
ENSAMBLE DEL NUEVO MODELO..................................................................................51
ILUSTRACIÓN 22 CORTE CON MÁQUINA MANUAL……………………………....55
ILUSTRACIÓN 23 DIAGRAMA CUERPO LIBRE PIÑÓN CREMALLERA …..……55
ILUSTRACIÓN 24 ESQUEMA ACTUADOR NEUMÁTICO…………………………..57
ILUSTRACIÓN 25 CONJUNTO DE CORTE: CREMALLERA, CUCHILLAS, TECHO Y TAPA………………………………………………………………………...……..……58 ILUSTRACIÓN 26 FUERZA DE EMPUJE / ÁREA DEL ACTUADOR …………….59
ILUSTRACIÓN 27 ESPECIFICACIONES CILINDRO MINDMAN MCQP……..……60
ILUSTRACIÓN 28 MODELADO SOPORTE…………………………………..………63 ILUSTRACIÓN 29 MODELADO PARA ANSYS WORKBENCH……………………63 ILUSTRACIÓN 30 DISPOSICIÓN DE CARGAS Y ANCLAJES…………………….64 ILUSTRACIÓN 31 ESFUERZOS EQUIVALENTES DE VON MISSES……………64 ILUSTRACIÓN 32 DEFORMACIÓN DE LA PIEZA SOPORTE…………………….65 ILUSTRACIÓN 33 ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA…………………………………..65 ILUSTRACIÓN 34 MODELADO DE VIGA…………………………………………….66 ILUSTRACIÓN 35 ENMALLADO ……………………………………………………...67 ILUSTRACIÓN 36 DEFORMACIÓN DE VIGA ……………………………………….67 ILUSTRACIÓN 37 DIAGRAMA GRAFCET DEL PROGRAMA DE LA MAQUINA..72 ILUSTRACIÓN 37, PUNTO DE EQUILIBRIO PARA LAS VENTAS DE LA MAQUINA NEUMÁTICA REDISEÑADA..................................................................80
15
LISTADO DE ANEXOS
1. PLANO GENERAL.
2. PLANO PLATO DIVISOR CUCHILLAS.
3. PLANO SOPORTE GUIA.
4. PLANO TAPA DE LAS CUCHILLAS.
5. PLANO TECHO DIVISOR 4 PARTES.
6. PLANO TECHO DIVISOR 12 PARTES.
7. PLANO TECHO DIVISOR 20 PARTES.
8. PLANO PEDESTAL.
9. PLANO VIGA.
10. PLANO MESA.
11. PLANO GUIAS PARA BANDEJA.
12. PLANO PATAS.
13. DIAGRAMA ESFUERZO DE VIGA EN EMPUJE DE PISTONES.
14. DIAGRAMA ESFUERZO DE VIGA EN RETROCESO DE PISTONES.
16
1. INTRODUCCIÓN
Con el siguiente trabajo se pretende realizar el rediseño de una cortadora divisora de masa de trigo por medio de metodologías que permitan obtener un concepto del diseño analizado desde diferentes orientaciones del diseño, para lo cual se desarrolló una serie de procesos que permitieron generar un diseño detallado del equipo que se desea fabricar.
Se planteó un orden de actividades que permitieron fundamentar, parcializar y priorizar conceptos que dieran solución a los problemas y necesidades planteadas por los clientes, teniendo en cuenta la competencia, las especificaciones de ingeniería, el análisis funcional y la depuración de conceptos por medio de una evaluación, que permitiera generar un concepto global dominante, como premisa para, comenzar con la fase de diseño detallado.
En el diseño detallado se tuvieron en cuenta varios factores que definen el concepto que se desea obtener, se consideraron los materiales, los componentes y las interfaces funcionales, de tal manera que con la ayuda de un software CAD, se pueda hacer una representación gráfica más precisa del concepto que se viene analizando, teniendo en cuenta la facilidad de fabricación y de ensamble sin descuidar y el costo.
Aún así es preciso hacer una evaluación de este diseño con respecto, a algunas mejoras que no afectarán la funcionalidad, pero que darán un plus, o mejorarán el desempeño de la máquina de esta forma tendremos dos conceptos dominantes, de tal forma que se podrá considerar después de la evaluación funcional, cual es el más idóneo, para finalmente evaluar el impacto ambiental y el diseño orientado hacia el análisis de modos y efectos de falla.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Mejorar el cortador divisor neumático en sus dimensiones, peso y seguridad.
17
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Describir el funcionamiento normal de un cortador divisor neumático con el
fin de verificar sus características.
Rediseño de la estructura de la máquina.
Mejorar el accionamiento seguro de la máquina y la comodidad del operario
Hacer una comparación de costos de fabricación y operación entre las
máquinas convencionales, la máquina actual y la máquina rediseñada.
Ensamble y pruebas de funcionamiento de la máquina rediseñada
3 MISIÓN
Rediseñar UN CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO PARA MASA DE HARINA DE TRIGO, con el fin de mejorar un prototipo previamente planteado, con el propósito de aumentar la calidad mediante un proceso de diseño estructurado que permita garantizar dicha calidad del producto en términos de satisfacción del cliente diseñando y creando un sistema automatizado con el fin de facilitar la ejecución de este trabajo garantizando que se realicen acciones automáticas y seguras en el entorno donde esté trabajando, es decir, que sea segura para el operario y la materia prima con la que se trabaja por medio de elementos industriales de la automatización como lo son un PLC, sensores inductivos, electroválvulas entre otros, que permita la realización de este trabajo y así realizar un algoritmo o programa en un controlador lógico programable (PLC) capaz de ejecutar acciones cíclicas en la cortadora de masa de pan cuando el operario de la máquina lo considere necesario, es decir que la máquina esté en modo automático para dicho proceso. Y finalmente garantizar la integridad física tanto del operario, de la máquina y de la materia prima con la que debe trabajar la cortadora, de tal manera que tanto el diseño eléctrico proteja al operario de alguna acción operativa errónea y la estructura de programación ejecute debidamente cada acción de manera lógica y consecuente.
18
4 MARCO TEÓRICO
4.1 MÁQUINA DIVISORA DE MASA DE HARINA DE TRIGO MANUAL
Esta máquina está constituida por una mesa base que sostiene un mecanismo
acoplado sobre un marco, (ilustración 1), sobre el centro del marco se desliza un
eje labrado con una cremallera y se une solidario en el extremo inferior a unas
cuchillas que se desplazan por las ranuras de un plato seccionado en 36 partes.
Ilustración 1: piezas cortadora manual
Este conjunto de piezas del divisor hace un recorrido hacia abajo y hacia arriba ya que la cremallera se conecta a un piñón; la acción de rotación del piñón se logra por medio de un eje que conecta el contrapeso y la palanca de accionamiento manual, cuando la palanca es accionada hacia abajo el piñón genera un torque y desplaza hacia abajo el eje de la cremallera, la cual unida al plato divisor transmite una fuerza de cizallamiento, generando el corte de la masa de harina, (ilustración 2) que se encuentra contenida en una bandeja soportada sobre la superficie de la mesa base.
19
Ilustración 2: funcionamiento cortador divisor manual
4.2 CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO PARA MASA DE HARINA DE
TRIGO
Un estudio del anterior mecanismo permitió reemplazar todo el sistema de transmisión mecánica, que normalmente es accionada por la fuerza del operario, por un sistema de pistones neumáticos que se accionan simultáneamente efectuando el trabajo de corte, evitando el esfuerzo físico del operario, (figura 5).
El torque transmitido al conjunto piñón cremallera por la acción de la palanca, en la máquina convencional, fue sustituido por un par de pistones que se conectan mediante una pieza denominada elemento de unión, el cual conduce la fuerza y el recorrido de los pistones al eje de las cuchillas y plato divisor, deslizando el conjunto de cizallamiento hacia la bandeja que contiene la masa en la superficie de la mesa de soporte ejecutando con eficacia el corte, (ilustración 3).
20
Ilustración 3: cortadora neumática
Debajo de la mesa se ubica un compresor de aire, el cual proporciona los valores adecuados de presión, para que el mecanismo funcione correctamente; con una presión de 6 Bar transmitidos a los pistones mediante una conexión de mangueras las cuales, controladas por una válvula 4/3 permiten el paso del aire dependiendo de la dirección a la cual se desea dirigir el eje con el plato divisor; así el aire en los cilindros neumáticos generan una fuerza de aproximadamente F ≈ 2493.4043 N.
La máquina puede trabajar en condiciones estables antes de los 6 accionamientos a partir de estos, la máquina se recarga automáticamente en aproximadamente 2,5 minutos, y tiene como características 50 litros de capacidad en tanque con una potencia de 3 caballos de poder para recarga.
En la siguiente, (ilustración 4) se muestra el divisor neumático para masa de harina de trigo se pueden observar todas las partes
21
1 Compresor.
2 Pasadores
3 Tornillo ajuste mesa
base
4 Cuchillas
5 Sección media de plato
divisor
6 Tapa plato divisor
7 Ejes guías
8 Soporte para pistón
9 Pistón
10 Elemento unión pistones
con eje cuchillas.
11 Tuerca vástago pistón.
12 Tuerca ajuste eje cuchillas.
13 Manija de para prensado.
14 Tornillo ajuste para soporte
pistón
15 Marco soporte del sistema
16 Tornillo plato divisor
17 Secciones pequeñas plato
divisor
18 Secciones grandes plato
divisor
19 Tornillos ajuste masa
circular base
20 Mesa soporte
21 Mesa circular base
22 Protector para pistones
23 Válvula 4-3
24 Mangueras
Ilustración 4 explosionado divisora neumática
22
4.3 CORTADOR DIVISOR QUE REDONDEA AUTOMÁTICAMENTE
Maquinaria de alimentos haidier co., Ltd. fundada en 1990 es una de las mayores empresas fabricantes de maquinaria para proceso de alimentos, (ilustración 5), que muestra un cortador de masa de harina de trigo que además de seccionar la masa también posee una mesa giratoria excéntrica que moldea las divisiones previamente recortadas redondeando la forma de la masa automáticamente, (figura 9). La compañía presta mucha atención al control de calidad y gestión primaria, poseen certificación ISO9001 certificación del sistema de calidad y la certificación CE, sus productos se venden en todo el norte de China.
Ilustración 5: cortadora eléctrica.
Hace descender el conjunto del plato divisor como en las máquinas convencionales que se utilizan en la actualidad, (ilustración 6) además una palanca en la parte central de la base la cual activa el movimiento rotacional excéntrico que genera la formación de las bolitas redondas; (ilustración 7) una de las ventajas que presenta este nuevo tipo de máquina es la intercambiabilidad de diferentes cuchillas que pueden dividir la masa en diferentes cantidades.
Esta clase de maquinaria contiene un valor público de USD3300 más los gastos de envío que están alrededor de los USD1525 lo cual costaría $10´132.500 COP mostrando así un panorama de costos de adquisición en maquinaria de este tipo resaltando los estándares de calidad que se manejan para la obtención final del producto dando valor agregado en cuanto a confiabilidad con una garantía de 2 años.
23
Ilustración 6 producto procesado.
A continuación se muestra información caracterizando la máquina (tabla 2).
Voltaje:
220-380v
Lugar del
origen:
China
(Continental)
Marca:
haidier
Capacidad
de
Producción
:
Pcs
1800/hora
Número de
Modelo:
Hdr-30 Peso: 340kg
Energía
(W):
0.75kw Tipo: Pasta Garantía: meses 24
Condición: Nuevo Certificación Ce, iso9001 Dimensión
(L*W*H):
680x730 x
2050mm
Servicio
After-sales
proporción
Dirige
disponible
para
mantener
la
maquinaria
en ultramar
el nombre la masa
divisor
rounder
proveedor: fabricante
las
divisiones:
30 pcs rango de
peso:
25-100g
Tabla 1 especificaciones técnicas divisora eléctrica.
24
4.4 DIVISORAS DE MASA ROBOCUT 2 HIDRÁULICA
La DIVISORA DE MASA DE PAN HIDRÁULICA ROBOCUT, es la idónea para dividir porciones de productos como el pan francés, pan con frutas, ciabatta, masas fermentadas o con gran porcentaje de agua y productos delicados. Es ideal para cargas flexibles de trabajo, o cuando se busca un sistema que no castigue la masa; Además, existe la posibilidad de dejar que la masa repose en la cuba de mezclado antes de la división.
Para su arranque silencioso, gracias a su sistema hidráulico, se utilizan dos
botones.
Un testigo luminoso nos indica el fin del ciclo.
En su construcción reforzada en acero, dispone de paneles desmontables para
una rápida limpieza.
Recubrimiento de teflón sobre el disco.
Cuchillas de acero inoxidable.
Su elegante diseño, hace de la Robocut una máquina perfectamente visible en
obradores con vista al público.
Existen dos versiones: Divisora de Masa de Cuba cuadrada y Divisora de Masa de Cuba Redonda siendo numerosas las opciones de peso y división que encontrará en las Características Técnicas.
Ilustración 7, cortadora electrohidráulica ROBOCUT.
25
Características Técnicas
Potencia 1,1 KW
Peso 345 KG
Longitud Profundidad Altura
620 mm 620 mm
1200 mm
Panel de Mandos Mediante Pulsadores
Tabla 2 especificaciones técnicas divisora electrohidráulica.
Construcción
Cuchillas en acero inoxidable Cazuela extraíble Contenedor de masa en acero inoxidable Disponible en tipo normal o tipo volquete Disponible en versión de sobremesa o con pie redondo
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CON EL CORTADOR
DIVISOR NEUMÁTICO PARA MASA DE HARINA DE TRIGO
El cortador divisor de masa neumático es que se observa en la ilustración 4 de la pag 19 es la máquina en la que se trabajará para la mejora de diseño, conociendo previamente su funcionamiento, y las piezas que la componen se pueden identificar y ubicar los elementos que se deben reemplazar o mejorar pensando primordialmente en la seguridad y la comodidad en la operación.
Los inconvenientes que se presentan durante de la operación de esta máquina durante su uso es el ruido excesivo en recarga de aire en el compresor y el accionar de los, pistones las dimensiones de la máquina y el peso hace que se dificulte su desplazamiento en caso de una reubicación, falencias de la seguridad
26
en la operación de la máquina ya que depende de la palanca de una válvula 4/3 la cual puede accionarse por accidente y provocar aplastamiento y lesiones en las manos o dedos del operario.
La falta de precisión en la ubicación de la bandeja en la mesa de soporte, no encuentra linealidad entre el centro de la bandeja y el centro del conjunto circular del plato divisor, obligando al operario a centrar la bandeja manualmente, evitando un choque entre la bandeja y el plato de las cuchillas, lo cual genera en el operario temor e inseguridad en el momento de accionar el mecanismo.
Dichos inconvenientes, se pueden solucionar ya sea remplazando, modificando o adicionando ciertas piezas con un diseño diferente disminuyendo material o envergadura, manteniendo las propiedades del comportamiento mecánico de estas piezas, teniendo en cuenta la posible reducción de costos de fabricación, con el fin de ofrecer un producto atractivo e innovador al cliente en cuanto a funcionalidad operación y seguridad.
6 REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
6.1 IDENTIFICACIÓN DEL CLIENTE
La definición del producto genera un grupo de clientes potenciales, en el mercado o están las fábricas de pan y/o panaderías locales, debido a que es el mercado en donde se pensó implementar el diseño. Ya que al interior del país en donde se tiene un alto consumo de pan y una más alta densidad de población, además de que en Cundinamarca y Boyacá es más fácil contactar nuevos clientes y así mismo obtener las necesidades de los mismos, en el mercado secundario, están las fábricas de pan y/o panaderías del resto del país.
6.2 DETERMINACIÓN REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
Para determinar las necesidades del cliente se usó el método Blitz QFD en el cual se pretende recopilar datos sin procesar de los requerimientos del cliente con respecto al modelo actual de REDISEÑO DE UN CORTADOR DIVISOR NEUMATICO PARA MASA DE HARINA DE TRIGO el método consiste en entrevistar y preguntar hasta entender claramente la verbalización de qué es lo que el cliente necesita, para obtener la voz del cliente se realizó una entrevista al operario de la panadería en Sogamoso donde actualmente se encuentra el prototipo.
27
¿Qué espera de una cortadora de pan?
• “Que sea segura”
• “Que pueda dividir la masa rápido”
• “Que divida una buena cantidad de masa”
• “Que las partes queden homogéneamente iguales”
• “que no implique ningún esfuerzo físico”
¿Qué le disgusta de la cortadora de pan actual?
• “es insegura”
• “el compresor hace mucho ruido”
• “es muy pesada para movilizarla ”
• “la válvula donde se encuentra la palanca no genera la suficiente seguridad, ya que puede ser accionada involuntariamente por accidente generando posibles, lesiones”
¿Qué le mejoraría al triturador de nueces?
• “Que sea Ajustable a diferentes tamaños masa ”
• “Que se pueda transportar más fácilmente”
¿Qué problemas considera cuando
Compra un cortador de masa?
• “El alto costo del producto”
• “el mantenimiento”
• “La seguridad”
¿Qué le gusta del divisor de masa?
• “divide la masa sin necesidad de ser pesada para comprobar que sean partes iguales
• “es fácil de operar”
28
La importancia relativa de las necesidades del cliente se estableció agrupando necesidades iguales expresadas por el cliente en la entrevista, y posteriormente en una escala de 1 a 5 según lo que considerara más prioritario.
NECESIDAD DEL CLIENTE
NECESIDAD
INTERPRETADA COMO
ATRIBUTO
IMPORTANCIA
RELATIVA PARA EL CLIENTE
“Que sea segura” / “es insegura”/ “La
seguridad”/"la válvula de accionamiento es
insegura"
es segura 5
“Que pueda dividir la masa rápido” /“no
dividen la masa muy rápido”
es rápida en operación
2
“Que divida una buena cantidad de masa” alta capacidad 4
“Que las partes queden
homogéneamente iguales” / “divide la
masa sin necesidad de ser pesada para
comprobar que sean partes iguales
cavidades del
mismo tamaño
3
“que no implique ningún esfuerzo físico”/
“hay que hacer esfuerzo físico”
automatizada 3
“Que sea Ajustable a diferentes tamaños
masa ”
es ajustable al
tamaño deseado
2
“Que se pueda transportar más fácilmente"/"pesada difícil de
movilizar"
fácil de
transportar
4
“El alto costo del producto” bajo costo inicial 3
“el mantenimiento” fácil
mantenimiento
2
“es fácil de operar” fácil de operar 3
"el compresor produce mucho ruido"
sin ruido
4
Tabla 3 Necesidades del cliente e importancia relativa.
29
Tabla 4 Especificación e importancia relativa.
Luego se expresan como necesidades en forma de atributos, junto a su respectiva importancia relativa en orden.
Ilustración 8: necesidades priorizadas.
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE/
ESPECIFICACIONES
IMPORTANCIA
RELATIVA
Es segura 5
Sin ruido 4
Alta capacidad 4
Fácil de transportar 4
Automatizada 3
Cavidades del mismo tamaño 3
Bajo costo inicial 3
Fácil de operar 2
Es rápida en operación 2
Fácil mantenimiento 2
30
Posteriormente priorizamos las necesidades del cliente por medio de un diagrama de Pareto, el cual permite enfocarse en las necesidades que tendrán el mayor impacto si son satisfechas.
De forma visual en la gráfica se determinó que los requerimientos de mayor impacto segregando los requerimientos poco vitales.
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE/ ESPECIFICACIONES
IMPORTANCIA RELATIVA
Es segura 5
Sin ruido 4
Alta capacidad 4
Fácil de transportar 4
Automatizada 3
Cavidades del mismo tamaño 3
Bajo costo inicial 3
Fácil de operar 2
Tabla 5 requerimientos de mayor impacto.
7 BENCHMARKING
7.1 VALORACIÓN DE USO
El impacto que puede tener el producto de la cortadora neumática se ha evaluado comparando los productos relacionados con el tema del corte y división de la masa de harina de trigo el primero para comparación ha sido con la cortadora convencional de palanca el cual por medio de una caracterización de funcionalidad comprimente en gran parte a la fuerza del operario lo cual genera un gran paso de avance tecnológico con respecto al uso.
Ilustración 9 valoración de uso.
31
7.2 VALORACIÓN DE COSTO
Por otra parte al compararlo con maquinaria que funciona con energía eléctrica o por medio de la hidráulica, la máquina neumática posee la característica de la energía de trabajo neumática que se considera una forma limpia y económica de trabajar realizando el mismo trabajo de las demás ‘’máquinas eléctricas e hidráulicas ‘’ a un costo de admisible de adquisición para un panadero local.
Ilustración 10 valoración de costo.
Además es importante resaltar que para un operario es importante el tema del mantenimiento por lo cual se considera de gran importancia que los repuestos sean de bajo costo aumentando el concepto de disponibilidad.
8 DESPLIEGUE DE FUNCIÓN DE CALIDAD (QFD)
8.1 REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE CON LAS ESPECIFICACIONES
DE INGENIERÍA
En el núcleo del QFD se relaciones los requerimientos del cliente con las especificaciones de ingeniería necesarias para satisfacerlos, la relaciones entre especificaciones y requerimientos pueden ser fuertes moderadas o débiles, esto en la medida que las especificaciones satisfagan los requerimientos del cliente como por ejemplo la relación entre la especificación de relación, velocidad/tipo de mecanismo, con respecto a la seguridad del equipo.
32
Ilustración 11 Relaciones entre especificaciones técnicas y requerimientos del cliente.
8.2 CÁLCULO DE LAS PRIORIDADES EN LAS ESPECIFICACIONES TÉCNICAS.
Según el análisis realizado de nuestra matriz QFD encontramos que las principales prioridades de las especificaciones técnicas se encuentran en el siguiente orden:
Tabla 6 especificaciones técnicas.
ITEM
1 Relación velocidad/ tipo de mecanismo o
accionamiento
11%
2 Cantidad de elementos de seguridad
10%
3 Capacidad Kg/h 8%
4 Diseño de elementos cortantes 8%
5 Montaje 8%
33
Ilustración 12 QFD especificaciones técnicas importancia relativa.
8.3 IDENTIFICACIÓN Y EVALUACIÓN DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING QFD)
Teniendo en cuenta la descripción del producto, que se quiere diseñar, el cliente, y las necesidades previamente establecidas se encontraron dos equipos que podían cumplir con los requerimientos del cliente y que son competencia directa. Para evaluarlos se tuvo en cuenta sus respectivas fichas técnicas.
Tabla 7. Benchmarking.
Requerimiento Posición
Es segura 2
Alta capacidad 3
Fácil de transportar 4
Automatizada 5
Cavidades del mismo tamaño 6
Bajo costo inicial 7
Fácil de operar 8
Bajo ruido 9
34
8.4 ANÁLISIS COMPETENCIA
Ilustración 13 análisis de competencia.
Mediante esta gráfica de la matriz de calidad QFD se puede evidenciar las ventajas del productos frente a la competencia, en términos de seguridad y de capacidad resulta ser sobresaliente aunque según el cliente se necesita mejorar más en cuanto a seguridad. Se presenta una desventaja en cuanto al costo con respecto a la manual, pero no es un requerimiento de alta prioridad para el cliente. En el único aspecto que es deficiente con respecto a la competencia, es la cantidad de ruido que produce en operación la máquina.
35
Tabla 8 matriz QFD.
36
9 GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DE CONCEPTOS
9.1 GENERACIÓN DE CONCEPTO
Técnica de mapear la función Se utiliza la técnica de mapear la función con el fin de hacer un análisis funcional más específico de una función que puede abarcar varios conceptos debido a que tiene varias subfunciones.
Ilustración 14, análisis funcional.
Ilustración 15, descomposición funcional.
Desplazar elementos Cortantes
Convertir energía Mecánica en cinética
Retomar posición inicial
Transmitir energía Mecánica
Generar desplazamiento
Evitar riesgo
Soportar actuadores Evitar riesgo
Convertir energía aire Comprimido en mecánica
Evitar riesgo
Soportar mecanismos
Posicionar recipiente Contenedor
Recibir masa de harina de Trigo
Detectar señal de avance
Suministrar señal de Avance
Evitar riesgo Soportar
Actuadores Generar
Desplazamiento
Subfunciones
Transmitir Energía
Mecánica
37
9.2 INTEGRACIÓN DE CONCEPTOS
Teniendo en cuenta el análisis funcional de la máquina y los requerimientos del
cliente se buscan ideas al interior del grupo de trabajo con el fin de obtener
conceptos para ejecutar algunas funciones de la máquina. Función Detectar señal
de avance.
• A1“con válvulas”
• A2“con doble pulsador”
• A3“con un micro de carcasa y pulsador”
• A4 “sensor de proximidad pulsador”
Función Convertir energía aire comprimido en energía mecánica
• B1 “actuadores neumáticos de doble efecto ”
• B2 “actuadores neumáticos simple efecto con masa”
• B3 “actuadores neumáticos simple efecto retroceso con muelle”
Función transmitir energía mecánica
• C1.1 “actuadores soportados en el marco”
• C2.1“actuadores soportados en la mesa”
• C1.2 “carcasas de protección”
• C2.2 “mallas de protección”
• C2.3 “puerta”
• C3.1 ”sistema de eje”
• C3.2 “piñón cremallera”
• C3.3 “mecanismo de barras”
Función dividir masa
• D1 “dividir con único impacto ”
• D2 “dividir progresivamente varios impactos”
9.3 TABLA DE COMBINACIÓN DE CONCEPTOS
Con la tabla de combinación de conceptos, se toman los conceptos generados para cumplir las funciones de la máquina, para posteriormente generar un concepto global que cumpla con las funciones, que sea factible, y cumpla con los requerimientos del cliente.
38
DETECTAR SEÑAL DE
AVANCE
CONVERTIR ENERGÍA
AIRE COMPRIMIDO EN ENERGÍA
MECÁNICA
TRANSMITIR ENERGÍA MECÁNICA
DIVIDIR
MASA SOPORTAR
ACTUADORES
EVITAR
RIESGO
GENERAR DESPLAZAMI
ENTO
A1“c on
válvulas”
B1 “actuadores
neumáticos de
doble efecto ”
C1.1
“actuadores
soportados en el
marco”
C2.1
“carcasas de
protección”
C3.1
”sistema
de eje”
D1
“dividir con
único impacto ”
A2“c on doble
pulsador”
B1 “actuadores neumáticos
simple efecto retroceso , con
masa ”
C1.2“actua
dores soportados en la
mesa”
C2.2
“mallas de
protección”
C3.2
“piñón
cremallera”
D2
“dividir progresivamente
varios
impactos”
A3“c on un
micro de carcasa
y pulsador”
B1 “actuadores neumáticos
simple efecto y retroceso por
muelle ”
C2.3
“puerta”
C3.3
“mecanismo
de barras”
A4
“sensor de
proximidad
pulsador”
Tabla 9 tabla de combinación de conceptos.
En la tabla de combinación de conceptos se pueden generar 432 combinaciones de conceptos generales, de las cuales se van a elegir 12 conceptos globales prometedores que a criterio de los diseñadores pueden ser las más factibles, para implementar en el diseño, por cumplimiento de las funciones, bajo aumento de costos según la necesidad, teniendo en cuenta que es un rediseño y hay conceptos ya aplicados en la máquina y que cumplen previamente con las funciones y los requerimientos del cliente, los que se podrían medicar son algunos objeto de falencias según el cliente.
Combinaciones globales
A1 B1 C1.1 C2.1 C3.1 D1
A2 B1 C1.1 C2.1 C3.1 D1
A1 B1 C1.2 C2.1 C3.1 D1
A2 B1 C1.2 C2.1 C3.1 D1
A1 B1 C1.1 C2.2 C3.1 D1
A2 B1 C1.1 C2.2 C3.1 D1
A1 B1 C1.2 C2.2 C3.1 D1
A2 B1 C1.2 C2.2 C3.1 D1
A1 B1 C1.1 C2.3 C3.1 D1
A2 B1 C1.1 C2.3 C3.1 D1
A1 B1 C1.2 C2.3 C3.1 D1
A2 B1 C1.2 C2.3 C3.1 D1
39
9.4 EVALUACIÓN DE CONCEPTOS
Después de generar los conceptos globales prometedores se procese a evaluarlos para seleccionar el concepto global predominante para lo cual se va a tener en cuenta, la aplicación de juicios de factibilidad, revisión sobre la tecnología necesitaría, el cumplimiento de las funciones, y el cumplimiento de los requerimientos del cliente.
9.5 JUICIO DE FACTIBILIDAD METODOLOGÍA DE LA LISTA DE CHEQUEO
C.G.P ¿Es posible que
funcione el
concepto?
es aceptable el concepto para el
equipo de diseño
alguna norma impide el uso del
concepto
A1 B1 C1.1 C2.1 C3.1
D1 √ √ no
A2 B1 C1.1 C2.1 C3.1
D1 √ √ no
A1 B1 C1.2 C2.1 C3.1
D1 √ √ no
A2 B1 C1.2 C2.1 C3.1
D1 √ √ no
A1 B1 C1.1 C2.2 C3.1
D1 √ √ no
A2 B1 C1.1 C2.2 C3.1
D1 √ √ no
A1 B1 C1.2 C2.2 C3.1
D1 √ √ no
A2 B1 C1.2 C2.2 C3.1
D1 √ √ no
A1 B1 C1.1 C2.3 C3.1
D1 √ √ no
A2 B1 C1.1 C2.3 C3.1
D1 √ √ no
40
A1 B1 C1.2 C2.3 C3.1
D1 √ √ no
A2 B1 C1.2 C2.3 C3.1
D1 √ √ no
Tabla 10 juicio de factibilidad
Con la lista chequeo y las preguntas de factibilidad, se ve como todos los conceptos globales prometedores cumplen con el juicio de factibilidad, es decir que es posible desarrollar cualquiera de los conceptos de revisión sobre tecnología necesaria, lista de chequeo.
9.6 REVISIÓN SOBRE TECNOLOGÍA NECESARIA, LISTA DE CHEQUEO.
C.G.P/ Puede obtenerse
la tecnología
se conocen valores límites de parámetros
críticos
han sido identificados
los modos de
falla
es controlable
la tecnología durante el ciclo de
vida
A1 B1 C1.1 C2.1
C3.1 D1 √ √ √ √
A2 B1 C1.1 C2.1
C3.1 D1 √ √ √ √
A1 B1 C1.2 C2.1
C3.1 D1 √ √ √ √
A2 B1 C1.2 C2.1
C3.1 D1 √ √ √ √
A1 B1 C1.1 C2.2
C3.1 D1 √ √ √ √
A2 B1 C1.1 C2.2
C3.1 D1 √ √ √ √
A1 B1 C1.2 C2.2
C3.1 D1 √ √ √ √
A2 B1 C1.2 C2.2
C3.1 D1 √ √ √ √
A1 B1 C1.1 C2.3
C3.1 D1 √ √ √ √
A2 B1 C1.1 C2.3
41
C3.1 D1 √ √ √ √
A1 B1 C1.2 C2.3
C3.1 D1 √ √ √ √
A2 B1 C1.2 C2.3
C3.1 D1 √ √ √ √
Tabla 11 tecnología necesaria.
Según la lista de chequeo de la revisión de tecnología, se valida todas los conceptos, debido a que las tecnologías propuestas son fácilmente adquiribles, además de parametrizar su funcionamiento, se pueden evaluar los posibles fallos que se presenten.
9.7 CUMPLIMIENTO DE LAS FUNCIONES MATRIZ DE DECISIÓN
C.G.P/ Detectar
señal de
avance
Convertir
energía aire
comprimido
en energía
mecánica
Transmitir
energía
mecánica
dividir la
masa
total
ponderado
A1 B1 C1.1 C2.1
C3.1 D1 4 5 4 4 4,25
A2 B1 C1.1 C2.1
C3.1 D1 5 5 4 4 4,5
A1 B1 C1.2 C2.1
C3.1 D1 4 5 4 4 4,25
A2 B1 C1.2 C2.1
C3.1 D1 5 5 4 4 4,5
A1 B1 C1.1 C2.2
C3.1 D1 4 5 4 4 4,25
A2 B1 C1.1 C2.2
C3.1 D1 5 5 4 4 4,5
A1 B1 C1.2 C2.2
C3.1 D1 4 5 4 4 4,25
A2 B1 C1.2 C2.2
C3.1 D1 5 5 4 4 4,5
A1 B1 C1.1 C2.3
C3.1 D1 4 5 4 4 4,25
A2 B1 C1.1 C2.3
C3.1 D1 5 5 4 4 4,5
A1 B1 C1.2 C2.3
C3.1 D1 4 5 4 4 4,25
A2 B1 C1.2 C2.3
C3.1 D1 5 5 4 4 4,5
Tabla 12 funciones de la matriz de decisión.
42
Teniendo en cuenta el análisis funcional se puede evaluar el cumplimiento de las funciones, por parte de los conceptos, con la matriz de decisión, se puede tener un parámetro más cuantificable de los conceptos más convenientes. En esta matriz se puede inferir que hay 6 conceptos con un valor igual y destacado con respecto a los otros. 9.8 CUMPLIMIENTO CON LOS REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE MATRIZ DE DECISIÓN
C.G.P
seg
uri
da
d
Red
ucc
ión
ru
ido
Alt
a c
ap
aci
da
d
Fáci
l de
tra
nsp
ort
ar
au
tom
ati
zad
a
Ca
vid
ad
es y
tam
añ
o
Ba
jo c
ost
o
inic
ial
Fáci
l de
op
era
r
tota
l
importancia
relativa I.R I.
R
I.R I.R I.R I.R I.R I.
R
A1 B1 C1.1
C2.1 C3.1
D1 3
18% 3
14
%
4 14
%
3 14
%
3 11
%
4 11
%
3 11
%
4 7
%
3,3
2
A2 B1 C1.1
C2.1 C3.1
D1 4
18% 4
14
%
4 14
%
3 14
%
4 11
%
4 11
%
3 11
%
5 7
%
3,8
2
A1 B1 C1.2
C2.1 C3.1
D1 3
18% 3
14
%
4 14
%
5 14
%
3 11
%
4 11
%
4 11
%
4 7
%
3,7
1
A2 B1 C1.2
C2.1 C3.1
D1 5
18% 5
14
%
4 14
%
5 14
%
4 11
%
4 11
%
3 11
%
5 7
%
4,4
2
A1 B1 C1.1
C2.2 C3.1
D1 3
18% 3
14
%
4 14
%
3 14
%
2 11
%
4 11
%
3 11
%
4 7
%
3,2
1
A2 B1 C1.1
C2.2 C3.1
D1 5
18% 4
14
%
4 14
%
3 14
%
3 11
%
4 11
%
3 11
%
5 7
%
3,8
9
A1 B1 C1.2
C2.2 C3.1
D1 3
18% 3
14
%
4 14
%
5 14
%
2 11
%
4 11
%
4 11
%
4 7
%
3,6
A2 B1 C1.2
C2.2 C3.1
D1 5
18% 4
14
%
4 14
%
5 14
%
3 11
%
4 11
%
3 11
%
5 7
%
4,1
7
A1 B1 C1.1
C2.3 C3.1
43
D1 3
18% 3
14
%
4 14
%
3 14
%
2 11
%
4 11
%
3 11
%
3 7
%
3,1
4
A2 B1 C1.1
C2.3 C3.1
D1 4
18% 4
14
%
4 14
%
3 14
%
3 11
%
4 11
%
3 11
%
4 7
%
3,6
4
A1 B1 C1.2
C2.3 C3.1
D1 3
18% 3
14
%
4 14
%
5 14
%
2 11
%
4 11
%
5 11
%
3 7
%
3,6
4
A2 B1 C1.2
C2.3 C3.1
D1 4
18% 4
14
%
4 14
%
5 14
%
3 11
%
4 11
%
4 11
%
4 7
%
4,0
3
Tabla 13 requerimientos cliente.
Teniendo en cuenta la matriz de decisión con respecto a los requerimientos del cliente se puede denotar el concepto global que cumple y satisface con mayor eficiencia los requerimientos del cliente, además de que aprobó las lista de chequeo de la factibilidad y la tecnología necesaria, y también tuvo un valor destacado en la matriz de decisión con respecto al cumplimiento de las funciones.
10 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO El cortador divisor de masa se identifica como un sistema de arquitectura modular ya que hay un conjunto de elementos que interactúan para realizar un objetivo que en este caso es el corte y división de las porciones de masa para las piezas de pan estos elementos se agrupan de la siguiente forma En el siguiente esquema se muestran las interacciones funcionales e incidentales entre los componentes que intervienen en el proceso de corte.
Ilustración 16, interacciones funcionales e incidentales.
44
Ilustración 17 diseño a nivel de sistema/ agrupación.
45
11 EVALUACIÓN DEL PRODUCTO EN CUANTO A CONFIABILIDAD Y SEGURIDAD (DfR Y FMEA).
Con esta evaluación, pretende encontrar las fallas potenciales del producto antes que éstas reproduzcan, y evitando que repercutan en los usuarios y el entorno.
Para el desarrollo de la metodología se tuvo en cuenta:
• Recolectar las funciones de los componentes
• Identificar los modos de fallas potenciales
• Comprender los efectos potenciales de cada falla
• Determinar las causas que provocan cada falla
• Listar los controles empleados (actuales)
• Calificar la facilidad de detección de la falla
• Calificar la frecuencia de ocurrencia de la falla
• Calificar la severidad de la falla
Después de obtener la calificación severidad, de la ocurrencia y de la facilidad de detección multiplicamos para obtener el NPR (Número de Prioridad de Fallo), que dará un valor entre 1 y 1000
NPR = (Cal. frecuencia) × (Cal. severidad) × (Cal. detección) = 1 ~ 1000 (1)
Con este número se puede Establecer prioridades para acciones de mejora. Y posteriormente dejar documentado los cambios al diseño, todo esto se realiza mediante una matriz de análisis de modo y efecto de fallas y un diagrama de Pareto para definir prioridades en las acciones.
Ilustración 18, ensamble explosivo del sistema neumático básico.
46
11.1 ANÁLISIS DE MODO Y EFECTO DE FALLA (FMEA)
PROYECTO :
REDISEÑO DE UN CORTADOR DIVISOR
NEUMATICO PARA MASA DE HARINA DE
TRIGO
FECHA: 07-nov-15
FUNCION DEL PROCESO
COMPONE NTE
MODO DE FALLA POTENCIAL (Cómo el componente puede fallar en
servicio)
EFECTO POTENCIAL
(Posibles
Consecuencias
del modo de
falla)
CAUSA/MECA NISMO POTENCIAL DE FALLA
CONTROLES Y ACCIONES DEL PROCESO DE DETECCION
RESULTADOS DE LA
ACCION.
ACCION RECOMENDADA
Convertir
energía aire
comprimido
en energía
mecánica
mangueras
y racores
fuga de aire
por fractura
o
desconexión
la maquina no
funciona, o
funciona
parcialmente,
3
desgaste, mal
ensamblaje,
uso
inadecuado
8
se perciben
sonido y se
observa la fuga
2 48
seleccionar
componentes de
calidad y
contratar
personal
capacitado para
el ensamblaje
1 4 1 4
cilindros
neumáticos
desgaste en los sellos de los cilindro
neumáticos
la maquina no es
funcional, o
funciona
parcialmente
causando, daños
a otros
elementos del
equipo
6
desgaste por
uso de los
actuadores
neumáticos
4
observar el
desplazamiento
de los
actuadores, si
produce ruidos, o
se genera mas
desplazamiento
de un lado
4 48
generar
especificación
técnica para
cambiar
preventivamente
el kit de sellos
neumáticos de
los actuadores
2 2 4 16
SEV OCUR
DET NPR SEV OC DET NPR
U
47
Suministrar
señal de
avance
electroválvu la neumática
no se
desplazan
los cilindros
debido a que
la válvula no
cambia de
estado
la maquina no
recibe señal,
por lo tanto no
es funcional,
6
desgaste en
los sellos de
la válvula
2
la válvula se
encuentra en
bloqueada al tener
una doble señal,
se puede revisar
con elementos de
medición como
multímetro, y
observación
6 72
garantizar desde
el diseño la
correcta
alineación y
generar
especificación
técnica que
permita realizar
el mantenimiento
preventivo de
este elemento
2 2 2 8
Dividir la masa
divisor
cuchillas
fractura de las
cuchillas
atascamiento del
sistema
sobrecarga en
elementos que
permiten el
desplazamiento,
lesiones por
dispersión de
fragmentos,
maquina no
funcional
8
desgaste en
los elementos
de soporte
desajuste de
los elementos,
mal
ensamblaje 2
evidenciar ruidos
extraños
vibraciones, y
desajuste de
elementos de
sujeción
2 32
diseñar el sistema con buena cantidad de elementos de sujeción que garanticen la seguridad y planear personal capacitado para
realizar el
ensamble,
3 2 2 8
48
posicionar
elementos
con la
masa en
linea con
elementos
cortantes
marco Fractura en el marco
al ser una fundición, hay que tener en cuenta que es frágil, y de
baja dureza, si se
fractura, la
maquina no
funcionara
correctamente
ocasionando
daños en otros
elementos
5
un montaje
incorrecto, con
sobrecarga en
los elementos
de sujeción, y
mala
manipulación
2
se evidencia
visualmente una
fractura además de
que la maquina no
funcionara
correctamente
2 20
realizar mejoras
en el diseño que
permitan una
mejor
manipulación del
elemento, por su
peso y planear
personal
capacitado para el
ensamble,
2 2 2 12
mesa deformación
en la mesa
los elementos soportados no van a funcionar correctamente debido, a que se va perder la configuración de
los mismos, por
desalineación
4
un diseño, no contemplando la masa y los movimientos relativos de
los elementos
dinámicos
2
observación visual
del comportamiento
de la máquina y los
elementos y
subsistemas
3 24
hacer un
modelos para
posterior
simulación para
evaluar
posibles fallas
por sobrecarga
1 2 2 8
Ilustración 19 Análisis de modo y efecto de falla
49
11.2 DIAGRAMA DE PARETO PRIORIDADES PARA ACCIONES DE
MEJORA
Ilustración 20, diagrama de Pareto.
Con este diagrama de Pareto podemos evidenciar cuales fallos son los que más atención requieren para realizar acciones de mejora previamente documentadas en la matriz FMEA, como se puede observar, tenemos la fallas en la electroválvula, en las mangueras y racores, en los cilindros neumáticos y en las cuchillas. Ya que estas representan el 80% de la suma del número de prioridad de fallos de cada modo de falla potencial.
12 EVALUACIÓN DEL PRODUCTO EN CUANTO A IMPACTO AMBIENTAL
12.1. DESARROLLO DE NUEVOS CONCEPTOS:
Con el rediseño del divisor de masa se pensó en primera instancia en la reducción del material sin limitar la funcionalidad, el nuevo diseño tiene un marco de menor tamaño que es totalmente funcional, además de un estudio innovador que cumple con los análisis de esfuerzo y resistencia física por su geometría, con la facilidad de ensamble rápido y ajuste lineal con la bandeja y plato divisor de cuchillas.
50
12.2. REDUCCIÓN DEL USO DE MATERIALES:
• Con el rediseño se planteó una reducción considerable del volumen y peso de la máquina, para mejorar su funcionalidad y por lo tanto el menor uso de materiales, en este caso se redujo en el marco, los materiales realizados por fundición, en el marco.
• También se optimizaron las dimensiones de la mesa que soporta la máquina, con esto no solo disminuimos la cantidad de material, además del el consumo de energía y las emisiones en el proceso de fabricación.
12.3. OPTIMIZACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN:
• Para mejorar las técnicas de producción se pretende usar centro de mecanizado, para las piezas que requieran este proceso debido a que se mejora en el consumo de energía, y no habrá desperdicio de líquidos que intervienen en el proceso.
• Al cambiar los materiales a polímeros también se optimiza el gasto de energía en los procesos de manufactura, además de la reducción en la misión de gases efecto invernadero.
12.4 OPTIMIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN:
• La distribución de la máquina se realizará por Outsourcing, de esta manera una empresa especializada en el proceso de transporte, hará más eficiente energéticamente la entrega de la máquina debido a que se transportará con grandes volúmenes de otro tipo de mercancía.
• El embalaje de la máquina se realizará con cartón, debido a que es un material que se puede obtener reciclado y se puede reciclar después eventualmente.
12.5 REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL
• Para la reducción del impacto ambiental se planteó un diseño que incluyera algunos elementos estandarizados y de línea de producción con el fin de tener producto que en su manufactura, sea el menor consumo de energía posible.
• Con la reducción de volumen y masa de la máquina se necesitará menos consumo energético para su funcionamiento.
12.6. OPTIMIZACIÓN DE LA VIDA DEL PRODUCTO:
• Para optimizar la vida útil del producto se diseñaron los componentes no fabricados en línea de producción, con una alta resistencia para que no fallen en un ciclo corto de tiempo.
51
• Los componentes estandarizados son repuestos, que son de bajo impacto ambiental, además con cambios realizados anteriormente algunos respuestas son reciclables.
12.7. OPTIMIZACIÓN DEL FIN DE VIDA DEL PRODUCTO:
• Como se tuvieron en cuenta materiales de fácil clasificación como el PET y el nylon, su reciclaje va a ser óptimo, cumpla su ciclo de vida útil.
• Hay bastantes elementos metálicos que pueden ser reprocesados para realizar nuevas piezas por medio de la fundición de los mismos.
• Alguno elementos se pueden usar para que cumplan otra función o simplemente cambiando sus dimensiones se pueden reutilizar, como los actuadores, la mesa en lámina y las partes del compresor.
13 PROCEDIMIENTO PARA EVALUAR LA ENSAMBLABILIDAD
DE LOS COMPONENTES
Estructuralmente todos los elementos de la máquina están soportados sobre una mesa que junto al soporte guía de la ilustración 21, forman un conjunto estructural en el que fácilmente se pueden insertar los demás compontes, se pueden sujetar de forma muy clara y el orden del ensamble se puede asimilar fácilmente. El componente mesa base estructural apoyada por 4 patas directamente sobre el suelo, contiene en su parte interior todo el sistema compresor y en la parte superior brinda soporte a todos los efectos ocasionados por el movimiento de los elementos que se desplazan.
Ilustración 21 diseño a nivel de sistema y agrupación en proceso de ensamble del nuevo modelo.
52
13.1 REPOSICIONAMIENTO DEL COMPONENTE BASE:
TAREA OBJETIVOS RECURSOS
Revisión del Estado del Arte
Tener un concepto de las tecnologías implementadas que realizan funciones iguales o similares a la del producto que se pretende desarrollar
Información obtenida por
medio de la web, catálogos,
manejo de la información
digital y visita a clientes
potenciales
Estudio de
Mercado*
Obtener una información de clientes potenciales, y costo de competidores directos
Información de la web, catálogos, información sobre prototipo en prueba
Despliegue de la
Función de
Calidad
Obtener parámetros de comparación con los potenciales competidores
Información recopilada
previamente, catálogos,
entrevistas al cliente
Descompo
sición
Funcional
Observar y obtener claramente
las funciones
que desempeña la maquina con el fin de analizar los diferentes fenómenos físicos que ocurren para realizar su función final
Metodologías de generación de conceptos manejo de información digital, información previamente obtenida de catálogos y requerimientos del cliente
Generación de Conceptos
Generar conceptos que cumplan con las funciones, requerimientos del cliente, que sean factibles, y se puedan implementar con la
tecnología existente
Métodos de selección de
conceptos, información
digital,
Selección de los
Mejores Conceptos
Relacionar los conceptos de predominantes que cumplan las funciones, sean factibles y generen satisfacción al cliente
Equipo computacional, metodologías de evaluación de conceptos
Prueba de Conceptos
Verificar que los conceptos generados si sean factibles y cumplan con las funciones planteadas.
Equipo computacional, software especializado, información previa
Tabla 14 plan de actividades.
53
13.2 DEFINICIÓN DE INTERFACES DONDE SE DESARROLLAN LAS
FUNCIONES.
INTERFACES
FUNCIONES CONCEPTO INTERFACES
Recibir material Bandeja Recibe material y restringe la
posición de la masa
Convertir energía aire
comprimido en energía
mecánica
Actuadores
DESPLAZAR: Convierte la
energía del aire comprimido:
para ejercer un movimiento
lineal al sistema de sujeción de
los elementos cortantes
Suministrar señal de
avance
Válvula
PERMITIR FLUJO : Suministra
la señal de avance, permitiendo
el flujo de aire a los actuadores
neumáticos
Dividir la masa
Plato divisor CAMBIAR: Por efecto del
movimiento generado cambia la
forma y el tamaño de la masa
Posicionar recipiente
con la masa en línea
con elementos
cortantes
VIGA ALINEAR: Es un elemente fijo
que mantiene la alineación del
recipiente de la masa con los
elementos móviles, de tal forma
que se cumpla la función
efectivamente
Tabla 15 interacción donde se desarrollan las funciones.
13.3 DISEÑO COMPONENTES PARA UN TIPO ESPECÍFICO DE TOMA,
MANIPULACIÓN E INSERCIÓN.
La manipulación para el ensamble de los componente se diseñó de tal forma que las distancias entre centros de los elementos de acople no es la misma, a excepción de las de los actuadores en los cuales no hay inconveniente su posición ya que son elementos iguales y de igual función, la gran ventaja es que los elementos son de diferente forma y tamaño, solo algunos elementos de sujeción son iguales, pero dentro del ensamble es muy fácil saber la ubicación de estos.
54
13.4 DISEÑO COMPONENTES TOMANDO EN CUENTA EL ROL DE SU
SIMETRÍA (O ASIMETRÍA) EN EL ENSAMBLE.
La mayoría de los componentes son asimétricos, pero la asimetría se resaltó de tal forma que en el ensamble se sepa la posición correcta de estos, por lo tanto los componentes solo se pueden ensamblar en una posición en específico todos los componentes de este diseño deben ser insertados en trayectorias rectas (simples). Aunque el ensamble, de este equipo es sencillo también se tuvo en cuenta las trayectorias lineales, sobre todo en los elementos de sujeción y en las partes estructurales para que todo se pueda
ensamblar con facilidad.
13.5 ALINEACIÓN E INSERCIÓN ENTRE COMPONENTES TIPO GUÍAS
Y/O CHAFLANES.
Elementos como el marco además de ser estructural también sirve como guía para la inserción de algunos elementos cuenta con chaflanes que permiten la facilidad del acople de ejes, los chaflanes también están presentes en los elementos de sujeción, para facilitar su manipulación.
14 ANÁLISIS DE DISEÑO Y CÁLCULOS DE LOS ELEMENTOS
QUE COMPONEN EL MECANISMO DEL CORTADOR DIVISOR
NEUMÁTICO
El mecanismo consiste en un sistema de dos actuadores neumáticos, que mueven un eje por medio de una viga sujetada a los elementos que dividen la masa de pan; los actuadores neumáticos se calcularon en base a la fuerza necesaria para efectuar el corte de la masa, teniendo en cuenta los componentes del mecanismo manual.
Para establecer la fuerza necesaria y poder realizar el corte, se tuvo en cuenta en primera instancia la máquina manual y su mecanismo de transmisión de potencia, con el fin de conocer la magnitud de la fuerza necesaria y posteriormente analizar el sistema de actuadores neumáticos que se implementó.
En seguida se realiza un diagrama de cuerpo libre (ilustración 22) el cual permite identificar las fuerzas que interactúan en el movimiento de cizallado con el fin de descubrir la fuerza con la cual se hizo la correcta selección de los actuadores lineales neumáticos que se implementaron en el cortador divisor neumático al cual se le está ejecutando el rediseño, ya que se procede a implementar nuevos componentes electro neumáticos los cuales deben estar cuidadosamente seleccionados en base a las especificaciones técnicas de los
55
pistones. A continuación se observa en la ilustración 21 como un operario ejecuta un movimiento en la palanca para realizar un corte.
Ilustración 22 corte con máquina manual.
La palanca tiene una longitud de 556mm cuando se necesita elaborar un corte esta palanca genera la transmisión del torque al piñón, el corte se logra con una fuerza de la palanca (FP) (ver ilustración 3) Fp = 156.9048 N.
Ilustración 23, diagrama cuerpo libre piñón cremallera.
56
Como la fuerza necesaria para hacer el corte es igual a (FP) lo siguiente sería, calcular el Momento. Ecuación (2). Siendo la longitud de barra (Lv) = 556mm.
Entonces:
Momento del piñón (M) será
(2)
M = (156.9048𝑁)(0.556𝑚)
M = 87.2390 Nm.
Al obtener el valor del torque se identifica en la ilustración 22 que el piñón transmitiría a la cremallera una fuerza tangencial que sería igual a la fuerza de cizallamiento.
La fuerza resultante total (F) de transmisión al piñón se hallaría con el radio del piñón (rp) y el momento del piñón previamente calculado, entonces:
(rp) = 36.17mm
(3)
Para calcular la fuerza tangencial de corte (Fy), donde F es igual a 2412N, remplazando en la ecuación (4), daría lo siguiente:
Fuerza tangencial de corte (Fy)
Fy = Fcos 200 (4)
Fy = (2412) cos 200 N
Fy = 2266.538 N
Mediante los anteriores cálculos de la transmisión de fuerzas del piñón a la cremallera se identifica que la fuerza necesaria para realizar el corte de la masa de harina es la Fy = 2266.538 N este valor es indispensable para poder realizar la selección de los actuadores neumáticos que remplazaran el sistema piñón cremallera. 14.1 MODELO MATEMÁTICO PARA SELECCIÓN DE LOS PISTONES. Para generar el modelos matemático se tuvo en cuenta la fuerza desarrollada por un cilindro es función del diámetro del pistón (émbolo), de la presión del aire de alimentación y de la resistencia producida por el rozamiento. Teniendo en cuenta que si se tiene la fuerza y alguno de los demás parámetros se presentan como incógnita se puede realizar un simple despeje de la variable Entonces, la fuerza teórica (sin considerar rozamiento) se calcula por la expresión:
57
Fteorica = Área x Presión (5)
Siendo
Fteorica = Fuerza teórica del émbolo.
Área = Área del émbolo. También se puede calcular a partir del diámetro interno del cilindro.
Presión = Presión del aire comprimido (bar)
Ahora bien, el área efectiva de un cilindro depende de si se considera en avance o en retroceso, dado que en retroceso tenemos que descontar el diámetro del vástago.
Ilustración 24 Esquema actuador neumático
Para el avance del cilindro se calcula el área efectiva siendo la circunferencia total del cilindro. En retroceso, el área efectiva del cilindro será la circunferencia del cilindro menos la circunferencia del vástago.
(5)
(6) Aplicando esto a la fórmula de fuerza, se obtiene
(7)
(8)
58
14.2 SELECCIÓN DE LOS PISTONES.
Al llamar (P) = fuerza de los dos actuadores se puede plantear la ecuación. (9). Al pesar el conjunto de cremallera cuchillas techo y tapa (ilustración 24) se obtuvo el dato de 22kg=215.7463N, esta fuerza se le llama (Fw).
Ilustración 25, conjunto de corte: cremallera, cuchillas, techo y tapa.
Fuerza (P) de los dos actuadores.
P = Fw + Fy (9)
P = (215,7463 )(2266.538)N
P = 2482.2843N
Esta fuerza (P) proporciona la posibilidad de elegir los actuadores a utilizar, se decide usar 2 actuadores por confort en el ensamble, evita que la maquina aumente en altura y permite elegir actuadores más comerciales para su fácil obtención. Se llama Fv a la fuerza que le corresponde hacer a cada pistón para poder seleccionar el actuador a usar:
Fv= fuerza para seleccionar actuador.
59
Partiendo de esta fuerza (Fv) se consultó en las tablas del libro de neumática de Creus Solé para la correcta selección del actuador que pueda cumplir con los requisitos. (Ver ilustración 25).
–Ilustración 26 fuerza de empuje / área del actuador/ tablas libro neumática e
hidráulica Creus Sole pag 30.
Se selecciona el pistón de 63mm para tener un rango de uso sin tener que
llevar al límite al compresor y las líneas de aire con altas presiones.
En esta tabla se puede observar la capacidad del cilindro trabajando a 5 bar
de presión en avance o fuerza de empuje, esto determina que el mecanismo
puede funcionar utilizando estos actuadores ya que la fuerza (Fv) que fue
determinada experimentalmente con un valor de 1241.142N está por debajo
de los 1557.8N que ofrece el pistón de 63mm de diámetro.
Debido al cálculo realizado para la determinación de la fuerza de cizallado de
masa (Fy); el cual fue analizado cuando el plato divisor se encuentra en la
parte inferior ejerciendo el corte a la masa, el diseño de implementación de
los actuadores se ubican de forma en que este trabajo se realice con los
actuadores en retroceso, es necesario calcularlo matemáticamente, ya que la
tabla no muestra el dato de la fuerza en retroceso del pistón de 63mm. Se
procede a calcularlo a 5 bar basándose en la ecuación (8) de fuerza en
retroceso Fretroceso y las especificaciones de catálogo de un cilindro mindman
MCQP de 63mm y posteriormente se calcula a 8 bar tanto en avance como en
retroceso para tener en cuenta este valor en los cálculos de la mesa y en los
soportes.
60
Ilustración 27 especificaciones cilindro mindman MCQP catalogo
Se calcula la fuerza ejercida por el pistón en retroceso trabajando con el
compresor a 5 bar y con el dato del diámetro de vástago G=20mm, usando la
ecuación (8).
El resultado obtenido de la fuerza de retroceso a 5 bar es de
aproximadamente 1401.543 N lo cual dos actuadores neumáticos de diámetro
63 mm de suman en total.
61
𝐹𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2803.086𝑁
De este modo conociendo, la fuerza tangencial de corte necesaria para
realizar el cizallado de la masa de harina de trigo que sería igual a Fy =
2266.538 N, se puede comprobar que la selección del actuador cumple
satisfactoriamente con los requisitos exigidos basándose en el resultado de la
fuerza en retroceso y avance a 5 bares.
Ahora se procede con el cálculo de fuerzas de los actuadores trabajando a 8
bar estos valores ayudan en el diseño de la nueva mesa, guías, pedestales y
viga usando para ello las ecuaciones 7 y 8.
𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑎 8 𝑏𝑎𝑟 = 𝜋 ∗632
4∗
8
10 Usando (7)
𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑎 8 𝑏𝑎𝑟 = 2493.796𝑁
𝐹𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 8 𝑏𝑎𝑟 = 𝜋 ∗632−202
4∗
8
10 Usando (8)
𝐹𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 8 𝑏𝑎𝑟 = 2242.469𝑁
El resultado total de fuerza de la suma de los dos actuadores en avance
trabajando a 5 bar.
𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3115.6𝑁
El resultado total de fuerza de la suma de los dos actuadores en avance
trabajando a 8 bar.
𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 8 𝑏𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 4987.593𝑁
El resultado total de fuerza de la suma de los dos actuadores en retroceso
trabajando a 5 bar.
𝐹𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2803.086𝑁
El resultado total de fuerza de la suma de los dos actuadores en retroceso
trabajando a 8 bar.
𝐹𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 8 𝑏𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 4484.938𝑁
62
15 DESCRIPCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE CÁLCULO Y COMPUTACIONALES EMPLEADAS
Para el REDISEÑO DE UN CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO PARA MASA DE HARINA DE TRIGO, se desarrolló un diseño detallado para el cual se empleó el software de diseño SOLID EDGE ST7 herramienta CAD mediante el cual se pudo modelar los bosquejos previamente realizados, para darle un dimensionamiento al diseño que se había planteado, esta herramienta de diseño asistido por computadora, permite mediante un ambiente grafico realizar modelado paramétrico en 3D, otorgando la posibilidad de tener una posición en el plano cartesiano que permita tener una mejor apreciación de los elementos que se pretenden fabricar, para posteriormente, obtener planos en 2D con respectivas vistas, apreciación de detalles, dimensiones, tolerancias, y ensambles, etc. Mediante este software se realizó un modelo 3D con todos los parámetros dimensionales de la máquina, para posteriormente realizar un ensamble para verificar la funcionalidad de la misma y tener una primera proyección de la dimensión real de la máquina, es importante considerar que este software CAD permite también realizar la simulación de los elementos modelados con el fin de tener una percepción del probable comportamiento del equipo, teniendo en cuenta las variables del material, forma y dimensiones , cuando está sometido. A fuerzas, rozamiento, temperatura, y otros fenómenos físicos que inciden en el funcionamiento del mismo se evitan componentes que posean características que dificulten su toma y/o selección, los elementos diseñados para este equipo no contienen esferas ni empaques y las formas de diseño no complejas o pequeñas de los elementos impiden que se enreden o se adhieran a otro elemento.
15.1 EL SOPORTE
Se selecciona en el static structural el tipo de material que se va a trabajar en este caso el soporte se va elaborar en acero estructural con las siguientes características. Structural Steel
Structural Steel > Tensile Yield Strength TABLE 18 Structural Steel >
Tensile Ultimate Strength
Tensile Yield Strength MPa
250,
Tensile Ultimate Strength MPa
460,
63
Ilustración 28, modelado soporte
Temperature C
Young's
Modulus MPa
Poisson's Ratio
Bulk Modulus
MPa
Shear
Modulus MPa
2,e+005 0,3 1,6667e+005 76923
Tabla 16 acero estructural
Se importa la pieza desde un archivo Solid Edge
Ilustración 29, modelado para ansys workbench.
64
Se ubican en el análisis los soporte fijo y las cargas en los ejes seleccionados, en este caso el soporte se ubica en la base y las cargas se ubican en las juntas deslizantes con la opción Bearíng load y Fixed suport.
Ilustración 30, disposición de cargas y anclajes
15.2 RESULTADOS FINALES
Estrés equivalente: se refiere al esfuerzo máximo que el material está
soportando.
Ilustración 31, esfuerzos equivalentes de von misses.
65
Deformacion total: se analiza cuanto se va a estirar el material debido a la aplicación de las cargas y soportes.
Ilustración 32, deformación de la pieza soporte.
Fatiga total: Es el resultado de cuantos ciclos va a soportar el material antes de la falla en este caso mediante la opción de fatigue tools-life.
En este sector descrito por la flecha se presentaría la falla del elemento.
Ilustración 33, análisis de ciclo de vida.
66
Resultados finales del análisis
Un esfuerzo máximo de 190,56 Mpa
Una deformación total de 1,6579 mm
Una vida útil de 10610 ciclos de trabajo mediante la teoría de Gerber.
Fuerzas ubicadas en la guía central de 3500 N en los ejes X y Y
15.3 ANÁLISIS DE ELEMENTO VIGA
Se selecciona en el static structural el tipo de material que se va a trabajar en este caso el marco se va elaborar en acero A36 con las siguientes características.
Ilustración 34, modelado de viga.
ASTM A36 > Isotropic Elasticity
Temperature C
Young's
Modulus MPa
Poisson's Ratio
Bulk Modulus
MPa
Shear
Modulus MPa
2,07e+005 0,27 1,5e+005 81496
Tabla 17 ASTM A 36
ASTM A 36
ASTM A 36 > Tensile Yield Strength Tensile Ultimate Strength
Tensile Yield Strength MPa
250
Tensile Ultimate Strength MPa
400,
67
Se ubican en el mecánica análisis los soportes fijo y las cargas en los ejes seleccionados en este caso el soporte se ubica en el eje central y en los extremos donde se conecta con los actuadores se coloca una carga de 2494N cada una.
Ilustración 35, enmallado
Estrés equivalente: se refiere al esfuerzo máximo que el material está soportando.
Deformación total: analiza cuanto se va a estirar o contraer el material debido a la aplicación de las cargas y soportes.
Ilustración 36, deformación de viga.
68
Fatiga total : Es el resultado de cuantos ciclos va a soportar el material antes de la falla en este caso mediante la opción de fatigue tools life.
Resultados Finales Del Análisis
Un esfuerzo máximo de 331,79 Mpa
Una deformación total de 2,39mm
Una vida INFINITA DE ciclos de trabajo mediante la teoría de Gerber.
Fuerza ubicada en los agujeros laterales externos donde se conecta con los actuadores ejerciendo -2494N en eje z cada uno y soporte fijo en el agujero central donde se conecta las cuchillas.
16 IDENTIFICACIÓN, SELECCIÓN Y DESCRIPCIÓN DE CONPONENTES PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL EQUIPO
16.1 CONSIDERACIONES GENERALES DE AUTOMATIZACIÓN En la automatización de la divisora de masa de harina de trigo neumática se debe tener en cuenta que el diseño del sistema de control garantice la funcionalidad deseada, es decir que este cumpla con lo esperado para que dicha máquina efectúe el corte de la masa de manera automática mejorando el tiempo de los ciclos de trabajo.
Para determinar el diseño del sistema de control se debe evaluar en primer lugar que periferias (sensores y actuadores) se van a elegir de tal manera que estos no afecten la calidad del producto contaminándolo con algún tipo de sustancia o agente externo al momento de que trabajen para registrar y acciona el paso a paso del proceso de corte; en segundo lugar, se debe fijar que controlador es el más apropiado y/o compatible para que trabaje con estas periferias, además de esto que el controlador pueda soportar el ambiente de trabajo al cual se va a exponer como por ejemplo la polución que se da debido al ambiente que contiene partículas de harina con la que se trabaja en las panaderías además de la vibración del compresor.
16.2 CONTROLADOR
Al momento de elegir el controlador se tuvo en cuenta que este pueda trabajar bajo las condiciones dadas, es decir que trabaje bajo un ambiente con polución y vibraciones. En este caso y por sus excelentes resultados en la industria pesada se decidió trabajar con un RELÉ LOGICO PROGRAMABLE, en específico el SIEMENS LOGO 230 RC 110-220 v AC, ya que su grado de protección para en ambientes con mucho polvo y otras partículas garantizan que trabaje durante largo tiempo sin ninguna afectación.
69
Otra de las razones para elegirlo es que este tipo de dispositivos (en este caso el RPL siemens logo) permite que se programe desde su pantalla sin la necesidad de un pc, lo cual facilita el cambio de parámetros en caso de una mejora.
16.3 RELÉ LÓGICO PROGRAMABLE (PLR)
Estos dispositivos fueron creados por los grandes fabricantes de PLCs para ofrecer una línea de controladores para automatizar procesos que no necesitaran de gran cantidad de entradas y salidas, como en este caso la divisora de masa de pan. Esta opción para automatizar es muy buena debido a que un PRL ocupa menos tamaño y algunos se pueden energizar o alimentar con el voltaje de entrada de la máquina sin que sea necesario una fuente que reduzca el voltaje como por ejemplo una fuente de 110v a 24 v.
Estos traen puertos como el RS-232 o RS-485 que se pueden conectar al computador para que así se puedan programar. Algunos traen incluido una pequeña pantalla LCD que permite que se programe sin la necesidad de un ordenador, se supervisen qué salidas o entradas están activas y algo muy interesante es que el operario de la máquina podría acceder al controlador únicamente para modificar timers que estén en algunos pasos o líneas del programa.
Una ventaja importante para usar estos dispositivos es que pueden ser reemplazados de manera sencilla en caso de daño. También ofrecen la posibilidad de realizar modificaciones de automatización en caso de mejoras, conectando el sensor o el actuador e incluirlo dentro del programa del PLR.
Otra de las ventajas en caso de ser requerido, es que estos dispositivos permiten que sean modificados para recibir señales de entradas análogas en 4 de sus 8 puertos de entradas.
En el caso de un PRL como el siemens logo 12/24RC, en este es posible configurar hasta 200 bloques de funciones, lo cual permitiría una programación amplia en caso de ser necesario si el proceso es muy complejo. Estos dispositivos en su parte posterior traen unos canales que permiten un mejor montaje dentro de un tablero de control, el cual tendría un riel DIN para su montaje.
Como el cortador divisor neumático no requiere intercomunicarse con otras máquinas y la velocidad de cada ciclo del programa no es muy rápida, cualquier de estas tarjetas serviría perfectamente para poderla usar. Algunos modelos de tarjetas arduino que pueden servir son Arduino Galileo16 , Arduino Uno, Arduino Leonardo, Arduino Due, Arduino Yún, pero el PRL siemens logo 12/24RC será seleccionado porque cúmple con las necesidades de la maquina en cuanto velocidad de funcionamiento.
70
16.4 METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO DE IMPLEMENTACIÓN
Para el diseño del sistema de control se evaluó cada componente a usar y se decidió utilizar como sensores los siguientes en cada caso:
16.4.1 Sistema de subida y bajada de la cortadora
Para este sistema se utilizó los sensores cilíndricos magnéticos los cuales nos garantizan que no se altere la calidad del producto a trabajar debido al uso, como se especificó anteriormente. Estos sensores trabajan de 0v a 220v AC/DC, lo cual hace que sea compatible con cualquier controlador a elegir.
16.4.2 Sistema interruptor de cuchillas
En este caso se optó por utilizar un fin de carrera debido a que se necesita de una señal estable que se mantenga durante el paso de adecuación de la masa antes de ser cortada. Otra razón por la que se optó por este sensor es que su posición dentro de la máquina permite que se utilice sin alterar la calidad del producto.
16.5 SENSOR QUE DETECTA LA PRESENCIA DE LA BANDEJA
Para detectar la presencia de la bandeja se eligió un fin de carrera el cual garantiza la señal estable durante el corte y además de esto su ubicación no alteraría el producto a trabajar pues se ubica por debajo de esta.
16.6 ACTUADORES
Como se describió anteriormente se decidió utilizar electroválvulas 5/2 monoestable para el sistema de cortado que trabaja con un solenoide a 110v lo cual concuerda con el voltaje de alimentación del compresor.
En el caso del actuador del sistema interruptor de cuchillas se va a trabajar con un pistón neumático activado con una electroválvula 3/2 monoestable normalmente cerrada la cual también trabaja con 110v.
Para activar cada electroválvula se necesita que dentro de los sistemas de cableado, estos se energicen por medio de relevos a 110v AC que vienen conectados de la tarjeta de control para protegerla de algún corto que en dado caso se presentara.
71
17 PROCEDIMIENTO
17.1 Montaje eléctrico fabricación y montaje de la caja de control
El primer paso para el montaje eléctrico es instalar un riel DIN en el que se
debe instalar el SIEMENS LOGO, bornes de conexiones, relés y contactor. en
seguida se cablea desde el SIEMENS LOGO las salidas que van conectadas
a los relevos que activaran las electroválvulas y desde las entradas de este
RPL hasta los bornes de conexiones. Luego se organiza el cableado por
medio de canaletas que estarán instaladas internamente. Finalmente se
monta la caja de control la cual va alojada bajo la mesa.
17.2 Cableado de los sensores y los actuadores
En seguida de la fabricación y montaje de la caja de control se procede a
calibrar la posición de los sensores en los diferentes sistemas de la máquina
de tal manera que permitan el cableado hasta un conector aéreo el cual
estará sobre la mesa. Desde este conector, las señales de los sensores
saldrán por un cable de 12 hilos calibre 22 hasta la caja de paso que recibe
este cable multi-hilos que se conectarán a cada borne dependiendo de su
entrada en el controlador (SIEMENS LOGO). El uso de este conector se
debe a que se necesita que la máquina tenga un fácil armado y desarmado,
es por esto que la parte de control debe llevar un conector que facilite la
desconexión de los sensores de manera práctica. En cuanto a la conexión de
las electroválvulas y los pulsadores de control, estos van directamente a la
caja hasta los bornes previamente cableados a las salidas y entradas del RPL
SIEMENS LOGO respectivamente, ya que estos elementos estarán junto a
esta caja por debajo de la mesa.
17.3 Pruebas de conexión
Posterior al cableado, primero se prueba que cada sensor envíe su respectiva
señal de acuerdo a la posición del sensor dentro de la máquina. Luego de
esto se energizan las electroválvulas para comprobar que los cilindros se
accionan correctamente.
17.4 Programación
Como resultado del montaje y pruebas hechas anteriormente, se procede a
programar la máquina la cual debe trabajar bajo un ciclo en automático.
72
Los pasos de la programación son los siguientes (con Estado inicial de la
cortadora arriba y el sistema interruptor de cuchillas activado):
73
74
17.5 LISTADO DE SEÑALES DIGITALES
E
NT
RA
DA
S
Denominación
descripción
Dirección
en el
RPL
Pulsador de
marcha/parada
Este tipo de pulsadores de memorizado mecánico
ofrecen la facilidad de poder manejar la marcha y la
parada de la máquina utilizando solo una entrada del
RPL.
I .1
Sensores
magnéticos de
los pistones
neumáticos de
la cortadora.
(arriba/abajo.)
Estos sensores están instalados dentro del cilindro los
cuales se accionan con el anillo imantado que traen los
pistones neumáticos internamente. la mayor ventaja de
estos sensores es que no presentan desgaste por
contacto de tal manera que se está ofreciendo la garantía
de no alterar la masa del pan con algún tipo de material
(viruta) producida por el contacto de la activación de la
señal.
I.2
(sensor
cortador
arriba)
I.3
(sensor
cortador
abajo)
Micro detección
de bandeja.
Este micro o fin de carrera permite detectar la señal de
posicionamiento de la bandeja que contiene la masa del
pan. Se decide usar este sensor porque se necesita una
señal que sea estable durante el proceso de corte y no
presente intermitencia. El accionamiento del sensor se
hace por debajo de la bandeja lo cual es confiable pues
en caso de desgaste los residuos producidos no caerían
en la masa.
I.4
Micro de
detección
cortadora
bloqueada.
Este micro permite saber sí la máquina está en modo de
adecuación de la masa o en modo de corte. Se optó por
este tipo de sensor por la estabilidad de la señal mientras
la máquina cumple su ciclo de trabajo.
I.5
Parada de
emergencia
Su función es bloquear la máquina en caso de que esté
en riesgo la integridad de la máquina o del operario. I.6
S
AL
IDA
S
Electroválvula
Bajar cuchillas
Debido a que se decide elegir una electroválvula 5/2
monoestable para el accionamiento de los cilindros, la
maquina normalmente va a tener las cuchillas arriba y al
energizar el solenoide las cuchillas bajan.
Q.1
Electroválvula
bloquear/desblo
quear cuchillas
La electroválvula elegida es una 5/2 biestable la cual
tiene la función de accionar el cilindro que permite
desplazar el sistema de bloqueo/desbloqueo de las
cuchillas.
Q.2 (electrová
lvula
bloquear
cuchillas)
Q.3
(electrová
lvula
desbloqu
ear
cuchillas)
Tabla 18 listado entradas del RPL.
75
18. COMPARACIÓN DE COSTOS DE FABRICACIÓN CORTADORA NEUMÁTICA Y CORTADORA NEUMÁTICA REDISEÑADA
Teniendo en cuenta el análisis de calidad, para el cliente es muy importante la
seguridad de la máquina, pero también el costo de la misma. Ya que en algunos casos no es factible la compra de una divisora hidráulica por tema de
costo.
El trabajo de mejora del cortador divisor neumático tendrá en cuenta los
elementos que componen la máquina neumática actual, con el fin de
contrastar la cantidad de los nuevos componentes que la diferencian del
diseño mejorado, a su vez observar el incremento del costo del nuevo diseño.
Para esto inicialmente se procede con la descripción de la máquina cortadora
neumática actual con los un listado de elementos estandarizados comerciales
y una tabla de los componentes con sus respectivos precios, después se
caracterizarán los elementos de la máquina rediseñada separando elementos según su tipo, ya sea neumático, mecánicos o eléctricos, para finalmente
obtener una tabla general de elementos para la fabricación del cortador divisor
neumático mejorado.
Al haber obtenido los datos necesarios de la fabricación del cortador
mejorado, el siguiente paso es evaluar el proyecto teniendo en cuenta la
producción de estas máquinas en una inversión para crear empresa con el fin
de determinar el precio sugerido al público.
18.1 LISTADO DE ELEMENTOS ESTANDARIZADOS DE LA MÁQUINA
NEUMÁTICA ACTUAL
Los siguientes elementos están sujetos, al precio de comerció del mercado
actual, estos elementos no están directamente relacionados con los
elementos a fabricar ya que su adquisición está determinado por vendedores
especializados en la fabricación de dichos elementos.
COMPRESOR
TORNILLLOS 3/8” in
ACTUADORES φ 63x70 mm. CARRERA MARCA MINDMAN
VÁLVULA 4-3 MARCA MINDMAN
MANGUERAS NEUMÁTICAS MINDMAN 3/8” in
TORNILLOS SOPORTE DE PISTÓN 1/2” in x 6” in
TUERCAS ARANDELAS PARA VÁSTAGOS PISTÓN
UNIONES EN T 3/8” in
CODOS 45° 3/8” in
LÁMINAS ACERO A36- 80mm x 150mm
76
18.2 COSTO DE LOS ELEMENTOS DEL CORTADOR DIVISOR NEUMÁTICO MANUAL
El siguiente cuadro determina el valor de elementos que se incluyeron en el desarrollo de una cortadora divisora neumática de masa de harina de accionamiento manual, estos costos se determinaron gracias a la cotización de los mismos que dependía del diseño de la máquina actual, dónde es evidente los nuevos elementos incluidos, a diferencia del cortador divisor convencional descrito en el numeral 4.1 del marco teórico.
ELEMENTO CANTIDAD VALOR
Válvula rotativa 4/3 centro Mindman 1 $ 102.410
Racor codo 3/8 x3/8" 7 $ 40.250
Silenciador cónico en bronce conexión 3/8" 1 $ 7.330
Unión T 3/8" 2 $ 11.910
Manguera 3/8"x 5 m 1 $ 18.050
Cilindro neumático diámetro 63mm x 70mm carrera 2 $ 434.260
Elementos de la Cortadora divisora manual 1 $ 400.000
Compresor de aire Karson 3HP 1 $ 219.600
Lámina de acero A-36 80x150mm 12,7mm 1 $ 10.000
Lámina de acero A-36 70x450mm 15,8mm 1 $ 11.000
Lámina de acero A-36 70x250mm 25,4mm 1 $ 11.000
Tornillo diámetro 12,7mm longitud 152,4mm 1 $ 10.000
Tornillo diámetro 12,7mm longitud 50.8mm 4 $ 4.000
Electrodos de soldadura 6013 1 Kg 1 $ 8.000
Láminas acero A -36 51 2 $ 10.000
Angulo acero A36 10x10x1000mm 1 $ 8.000
$ 1.305.810
Tabla 20, costo elementos divisora neumática manual.
77
El valor de los elementos para la fabricación de la máquina divisora neumática
manual es de $1’305,810; este valor es indispensable para comparar el valor de los elementos en la fabricación de la máquina mejorada.
18.3 MATERIALES Y TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN RELEVANTES EN LA CORTADORA NEUMÁTICA REDISEÑADA.
La tabla 21 describe los elementos de mayor importancia en el proceso de
mejora de la máquina, los cuales sufrieron cambios significativos en cuanto a
diseño, forma, peso, volumen, con el respectivo material y costo
describiéndose además el proceso de fabricación al cual estuvieron
sometidos.
MATERIAL PROCESO COSTO
MATERIAL BRUTO
COSTO UNIDAD
PROCESADA
MESA SOPORTE A-36
Corte
$ 30.000 $ 250.000 Taladrado
Soldadura
galvanizado
VIGA DE UNIÓN Acero A36
Corte
$ 7.500 $ 20.000 Rectificado fresado
Pulido
Pintura
SOPORTE GUÍA Acero 1020
Fundición
$ 125.000 $ 200.000 Rectificado fresado
Pulido
Pintura
PEDESTALES Acero A36
Corte
$ 48.000 $ 120.000 Mecanizado CNC
LÁMINAS PARA CUBIERTA DE
MESA Acero INOX
Corte
$ 51.000 $ 20.000 Doblado
Perforado
BANDEJA
Aluminio
Fundición
$ 30.000 $ 50.000 Torneado
Tabla 21, materiales y técnicas de producción elementos relevantes.
78
En la tabla 22 se discrimina específicamente los elementos de tipo mecánico y neumático describiendo el valor en pesos con el fin de diferenciarlos de los elementos eléctricos y electrónicos.
Esta tabla referencia la parte mecánica y neumática de la máquina, como los componentes estructurales para la ubicación de los elementos que complementan el mecanismo.
Elementos mecánicos y neumáticos
UNIDAD DE MEDIDA UNA UNIDAD
COSTO UNITARIO
ACERO ESTRUCTURAL KG 70,00 $ 5.000
TORNILLO 5/8" UNIDAD 12,00 $ 1.200
ELECTRODOS SOLDADURA UNIDAD 8,00 $ 2.000
PISTONES NEUMATICOS 63mm UNIDAD 2,00 $ 217.130
CUCHILLAS UNIDAD 36,00 $ 5.000
EJE METRO 0,31 $ 20.000
MANGUERA NEUMATICA METRO 5,00 $ 4.000
UNION TE UNIDAD 2,00 $ 6.000
COMPRESOR UNIDAD 1,00 $ 18.000
TORNILLO M8 UNIDAD 8,00 $ 1.000
Tabla 22, costo elementos materia prima para la parte mecánica.
La tabla 23 referencia los elementos necesarios para la implementación de la parte electroneumática del trabajo de rediseño del cortador neumático.
Elementos de tipo eléctrico y electrónico
UNIDAD DE MEDIDA UNA UNIDAD
COSTO UNITARIO
ELECTROVALVULA 5/2 3/8" Y 1/2" UNIDAD 1,00 $ 100.000
PLC UNIDAD 1,00 $ 350.000
RELÉ UNIDAD 2,00 $ 14.000
CABLE METRO 12,00 $ 350
TABLERO ELECTRICO UNIDAD 1,00 $ 19.000
BORNE UNIDAD 8,00 $ 1.100
PISTON NEUMATICO 10mm UNIDAD 1,00 $ 40.000
TERMINAL CONJUNTO 1,00 $ 3.000
SENSOR MAGNETICO UNIDAD 2,00 $ 32.500
ENCENDIDO UNIDAD 1,00 $ 2.000
Tabla 23, costo elementos materia prima para la parte electrónica.
79
De esta manera se observa la diferencia en la cantidad de elementos nuevos de tipo mecánico, eléctrico, electrónico y neumático que serán necesarios para el correcto funcionamiento de la máquina mejorada los cuales se incluirán en el listado total que se muestra a continuación en la tabla 24.
18.4 VALORES DE GASTOS OCURRIDOS POR LA FABRICACIÓN DE
LA MÁQUINA NEUMÁTICA REDISEÑADA
A continuación se evidencia una lista de costos por elementos conseguidos:
ELEMENTOS COSTO ELEMENTOS COSTO
1 Fundición $ 200.000,00 17 Relevo $ 14.000,00
2 Poliestireno de alta
densidad $ 25.000,00 18 Canaleta 20x12 $ 4.000,00
3 Extracción del nicromo $ 15.000,00 19 Cable polo a tierra $ 500,00
4 Mecanizado fundición $ 150.000,00 20 Conector 9 pines $ 7.000,00
5 Mesa $ 225.000,00 21
Sensor magnético
$ 65.000,00
6 Carros rodamientos
para rieles compresor $ 20.000,00 22
Electroválvula 5/2 y fin de carrera
$ 60.000,00
7 Canales en O $ 16.000,00 23 Encendido $ 2.000,00
8 Canales soporte $ 12.000,00 24 Caja de registro $ 19.000,00
9 Pedestales y guías $ 48.000,00 25 PLC siemens $ 350.000,00
10 Lámina de recubrimiento
$ 51.000,00 26 Racores 3/8 $ 40.250,00
11 10m cables $ 3.500,00 27 Unión te $ 12.000,00
12 1m cable principal $ 6.500,00 28 Manguera 3/8 $ 18.050,00
13 Terminales $ 3.000,00 29 Pistones 63mm $ 434.260,00
14 8 bornes $ 8.800,00 30 Compresor $ 219.600,00
15 Traslado de fundición $ 4.000,00 31
Cuchillas, techo, tapa y bandeja
$ 200.000,00
16
Gastos anexos pruebas de la maquina
$ 92.000,00 32 Traslado de la
fundición mecanizada
$ 8.000,00
33
Ensamblado maquina(48 horas, 2 personas)
$720,000.00
TOTAL $ 3.053.460,00
Tabla 24, costo general del rediseño.
Con esto se evidencia que la máquina se debe vender por encima de $3’300.000, a continuación se observa en la ilustración 37 una gráfica producto de la formulación de un proyecto de empresa basándose en el cortador mejorado como producto principal, teniendo en cuenta los gastos locativos de la empresa, renta del inmueble, pago de nómina personal,
80
compra de maquinaria tanto de mecanizado como de cómputo, materia prima, almacén, muebles, impuestos de ley, registros legales; costos indirectos como servicios públicos, papelería, etc. lo cual determina el punto de equilibrio en la empresa para comercializar la máquina con el fin de ofrecer el precio sugerido al público.
Ilustración 38 punto de equilibrio para las ventas de la máquina neumática rediseñada.
Después de analizar este gráfico, se evidencia que el retorno de inversión se daría a los 18 meses de empezada la empresa, produciendo las unidades y vendiendo dichas unidades al precio que se muestra en la tabla 25, esto con el fin de descubrir el precio con el cual se va a ofrecer en el mercado, además, más adelante investigando los costos operacionales se compararan dichos valores con el precio al cual se consigue la maquina divisora neumática manual.
-
500.000.000
1.000.000.000
1.500.000.000
2.000.000.000
2.500.000.000
1 2 3 4 5 6
PE
SO
S
NUMERO DE AÑOS
PUNTO DE EQUILIBRIO
COSTOS FIJOS
COSTOSVARIABLES
COSTOSTOTALES
VENTASTOTALES
81
NOMBRE DE LA
EMPRESA: MÁQUINAS DIVISORAS NEUMÁTICAS
PRESUPUESTO CONSOLIDADO DE VENTAS EN UNIDADES
20/09/2016
DESCRIPC
IÓN AÑO1 AÑO2 AÑO3 AÑO4 AÑO5 TOTAL
CANTIDAD 200 200 200 200 200 1.000
TOTAL
UNIDADES 200 200 200 200 200 1.000
PRECIO DE VENTA PROMEDI
O
5.061.350 5.188.942 5.236.826 5.274.575 5.313.457 26.075.151
TOTAL EN PESOS
2.024.540.031
2.075.576.874
2.094.730.488
2.109.830.109
2.125.382.718
10.430.060.219
Tabla 25 precio de venta de la maquina divisora neumática rediseñada
18.5 COSTOS DE OPERACIÓN DE LA MÁQUINA MANUAL NEUMÁTICA CON RESPECTO A LA REDISEÑADA
La comparación elaborada se basó en el costo del kilovatio-hora, el mantenimiento y las horas-hombre de operación durante un periodo comprendido de 30 días. Durante este periodo se hizo el análisis del uso de la máquina manual neumática, y se proyectó cómo sería el uso de la rediseñada durante este mismo periodo en una panadería, mostrados en la tabla 26:
OPERACIÓN Neumática manual Neumática rediseñada
Costo eléctrico, por 8 horas continuas $35.884,80 $51.173,08
Horas-hombre $180.000,00 $180.000,00
Mantenimiento $50.000,00 $100.000,00
TOTAL $265.884,80 $331.173,08
Tabla 26, comparación costos operacionales.
De esta manera, según los datos obtenidos, es evidente que la elaboración de la comparación de costos de fabricación y operacionales se limitan a contrastar el costo del valor sugerido al público de la cortadora mejorada por un valor de $5’200.000, en comparación con la máquina neumática manual que se adquiere en el mercado por un valor de $1’800.000; esto muestra que el proceso de mejora representa un incremento en el precio en un 188% reflejados en seguridad, comodidad y operación, pero a su vez, muestra un incremento en un 24% en el mantenimiento respecto a los costos de operación, mostrando aspectos a favor, como en contra respecto a la máquina mejorada.
82
Manual Neumática manual Neumática mejorada
Precio Precio Precio
$800.000 $1’800.000 $5’200.000 Tabla 27, comparación final de precio de comercialización.
Con respecto a la máquina manual convencional, no es posible determinar los valores referentes al proceso de fabricación y obtención de materias primas para su construcción, ya que se desconocen estos datos, solamente se puede comparar el costo de venta comercial junto con los valores finales obtenidos de la máquina neumática manual y la máquina neumática mejorada, con una diferencia significativa en el precio pero con una desventaja notable en funcionalidad, seguridad y operación.
19 CONCLUSIONES
• Se ejecutaron las mejoras basándose en la encuesta realizada a los usuarios de la máquina neumática manual, desarrollando las matrices QFD, ponderaciones y la matriz FMEA, con el fin de enfatizar en aquellos aspectos de mayor relevancia en cuanto a seguridad, logrando suprimir el accionamiento de forma manual de la válvula 4/3 que fue remplazada por un sensor fin de carrera en la parte posterior donde se ubica la bandeja, también, un aislante acústico para disminuir significativamente el ruido del compresor al recargarse, además se mejoró la movilidad ya que la nueva máquina cuenta con ruedas que facilitan el desplazamiento a voluntad del usuario, y por ultimo un botón de parada de emergencia que puede ser accionado de acuerdo a cualquier inconveniente que se presente durante su operación.
• La descripción del funcionamiento del cortador divisor neumático manual,
permitió identificar aquellos componentes que sufrieron cambios como fueron la mesa, el marco que paso a ser soporte guía, la viga y la válvula; esto corresponde al proceso de mejora del diseño y funcionalidad, relacionado directamente con envergadura, forma y peso garantizando el correcto funcionamiento y ensamble de fabricación.
• Se logró consolidar un plano general de la maquina mejorada, con un plano explosionado que permita garantizar una secuencia de ensamblaje eficiente, usando herramientas CAD para el modelado y la simulación.
• Como resultado del análisis de modo y efectos de falla, para priorizar las
acciones de mejora en el diseño nuevo, se observa como resultado una ventaja en el funcionamiento con neumática, ya que al presentarse alguna fuga de aire no existe contaminación de la masa de harina, además, el aire comprimido es una de las energías más utilizadas en la industria por su simplicidad.
83
• Pensando en la seguridad y la sustitución del accionamiento manual, se
seleccionó el PLC para controlar el sistema de accionamiento neumático,
además, la ventaja de versatilidad al momento de programar no condiciona el
elemento a una conexión por computador y el lenguaje de programación no
es complejo a diferencia de una tarjeta arduino o un micro controlador, a
pesar de la diferencia en costos.
• En cuanto a los costos de fabricación de la máquina neumática manual y neumática rediseñada, se logró caracterizar los componentes de cada una con su correspondiente valor, evidenciando una diferencia significativa respecto al valor de los elementos de la máquina nueva, ya que contiene piezas tecnológicamente más avanzadas en comparación con la máquina neumática manual.
• Con respecto a la comparación de costos de fabricación y operación entre las máquinas, solo fue posible determinar el costo final de ventas de la maquina manual, ya que no es posible tener conocimiento de costos de fabricación y operación; es por esto que únicamente se utilizó el valor comercial para compararlo con el precio sugerido de venta de la maquina neumática mejorada, resultado de un análisis de creación de empresa que la tendría como producto principal, para finalmente contrastar los precios de las máquinas manual, neumática manual y neumática mejorada mostrando como resultado una diferencia significativa del 188% en cuanto a precios finales de venta y un 24% en costos de operación, diferencias que se ven reflejadas en mejora tecnológica y de seguridad.
• Al instalar los elementos nuevos, ajustarlos, calibrarlos y hacer las correspondientes pruebas de accionamiento, es evidente el funcionamiento en cuanto a realización del trabajo esperado, comprobando la secuencia de programación establecida al controlador lógico programable PLC, verificando el correcto orden de accionamiento de los elementos móviles, y del control de fluido como lo son las electroválvulas, observando con éxito que lo calculado y diseñado funciona correctamente.
84
20 REFERENCIAS
Diseño y desarrollo de producto, quinta edición, KT. Ulrich, Steven D,
Eppinger
Planes negocios.Com http://www.plannegocios.com/
Manufactura Ingeniería y Tecnología 5ed Kalpakjian
Cilindros neumáticos/ http://www.intor.com.ar/novedades/
MOTT, Robert L. diseño de elementos de máquinas, cuarta
edición, Pearson educación, México, 2006
CREUS SOLÉ, Antonio. Neumática e Hidráulica. España:
alfaomega, 2007. 404p
JENSEN, Cecil. HELSEL, Jay. SHORT, Dennis. Dibujo y
diseño en INGENIERÍA. Mc Graw Hill. México, 2006
PEREZ QUEVEDO, Juan José y TAMAYO PEREZ, Danilo
Andrés. diseño de un cortador divisor neumático para masa
de harina de trigo. Trabajo de grado de tecnólogo mecánico.
Bogotá D.C.: Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
Facultad tecnológica. Proyecto curricular de tecnología e
ingeniería mecánica, 2012. 21p.