proyecto integrador laboratorio de procesos industriales

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA CAMPUS SANTIAGO LABORATORIO DE PROCESOS INDUTRIALES

PROYECTO INTEGRADOR

Integrantes: Mónica Rodríguez 2860559-5 Esteban Vera 2860503-K

M. Jimena Zapata 2860555-2

Profesor: Pablo Escalona

Paralelo: 5

Fecha: Lunes 19 Julio 2010

Universidad Técnica Federico Santa María Campus Santiago Laboratorio de Procesos Industriales

Prof. Pablo Escalona

1

Introducción

A partir de los conocimientos teóricos y prácticos obtenidos durante los laboratorios de

Taller Metal - Mecánico y CIMA, se elaboró un proyecto el cual consiste en crear un sistema básico

de manufactura para 3 modelos de carros mineros, identificando y seleccionando adecuadamente

el proceso y el tipo de máquina que corresponda para la fabricación de cada pieza. Para esto se

utilizará como herramienta los planos de fabricación que entregarán las dimensiones exactas de

cada parte y pieza.

La empresa Maestranza MPE Ltda., es una empresa que fabrica y comercializa equipos

para el rubro minero, de transporte, construcción, seguridad, maquinaria agrícola, sistemas de

calefacción y maquinaria forestal entre otros. Ésta debe abastecer carros de transporte de

mineral, que serán utilizados en minería subterránea. La demanda de carros viene dada por tres

diferentes modelos:

Modelo Demanda Mensual

Andina 100 Teniente 50

Económico 80

Para poder guiar de manera ordenada el proceso de fabricación de carros mineros es

necesario realizar un diagrama de flujo el cual explique de manera general en qué orden deben

realizarse las operaciones a las distintas piezas para obtener el producto final.

Posteriormente es necesario realizar una planilla Excel con todos los cálculos relevantes

para la obtención del producto final, entre ellos las condiciones de proceso (fresado, corte,

torneado, taladrado, soldadura y pintura), ruta de fabricación, tiempo unitario de proceso y

fabricación y tiempo total de fabricación por proceso, entre otras condiciones. Todo esto se

utilizará para poder determinar el número de máquinas requeridas por proceso para

posteriormente determinar los costos unitarios y totales de materias primas, máquinas y mano de

obra que conlleva la fabricación de la demanda de carros.



2

Desarrollo

Fabricación:

Para poder fabricar el carro minero se tienen las siguientes materias primas:

Planchas de acero: De dimensiones 3.000 x 2.0000 mm (largo, ancho), necesarias para fabricar las

piezas 1, 2, 3, 4, 5, 6a, 6b y 7.

Barras cilíndricas de acero: De largo 3.000 mm y diámetro variable dependiendo del tipo de carro

minero, necesarias para fabricar la pieza 8.

Chatarra de acero: Necesaria para fabricar la pieza 9 a través de un proceso de fundición de la

misma en hornos de fundición con capacidad de 50 lt.

Pintura: Necesaria para pintar el carro minero para ser entregado en forma adecuada a la empresa

minera.

También se debe tener en cuenta las condiciones de operación del taller de la empresa, las

cuales son:

- 8 hr. diarias por turno

- 5 días a la semana

- 4 semanas al mes

El número de turnos será elegido de acuerdo a cuál de éstos incurra en el menor costo,

considerando para ello el número real de máquinas y el número de operarios que intervienen en

el proceso de fabricación del carro minero.

Diagrama de Flujo:

Se utilizará esta herramienta para comprender de manera general y clara el orden en que

se generan los procesos para transformar cada materia prima en sus respectivas piezas, que

completarán finalmente el carro minero.

Como primer paso las planchas de acero son cortadas mediante Corte por Plasma, y de

este proceso salen las piezas 1, 2, 3, 4, 5, 6a, 6b y 7. Posteriormente las piezas 6a y 6b se

ensamblan y se sueldan, para luego ser ensambladas y soldadas junto a las piezas 1, 2 y 3.

La pieza 8 se fabrica mediante un torneado burdo y fino de las barras cilíndricas de acero,

y luego son ensambladas junto a la pieza 7 a la cual se le realizan dos taladrados de diferentes

espesores y diámetros.



3

Por otra parte la pieza 9 que se fabrica mediante la fundición de chatarra, primero se

taladra, luego se le realiza un fresado burdo y por último un torneado burdo. Dependiendo del

tipo de modelo del carro (Andina, Teniente y Económico) se decidirá hacer un fresado y torneado

fino. En este caso solo al modelo Andina y Teniente se le realizarán estas operaciones.

Una vez terminada la pieza 9, ésta debe ser ensamblada y soldada a las piezas 7 y 8, y a su

vez este conjunto (piezas 7,8 y 9) se ensambla y se sueldan a las piezas 4 y 5.

Hasta el momento se tienen 2 partes del carro ensambladas y soldadas, el contenedor

(piezas 1, 2, 3 y 6) y la base del carro (piezas 4, 5, 7, 8, 9). Ambas partes son finalmente

ensambladas y pintadas para luego, ser entregadas y utilizadas en una empresa minera.



4

Figura 1: Diagrama de Flujo del proceso



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Resultados

A partir de las matrices de velocidades, geométrica, de tiempos unitarios y totales de

proceso y fabricación que se encuentran en la planilla Excel, se obtuvieron los siguientes

resultados de acuerdo a la demanda planteada inicialmente.

TIEMPO TOTAL DE MÁQUINA

Equipo TTDem TTDisp N° Teórico Máquinas N° Real de Máquinas % Utilización

Torno 16228,565 9600 1,690 3 56,35%

Fresa 27979,782 9600 2,915 4 72,86%

Taladro 12181,875 9600 1,269 2 63,45%

Cortadora Plasma 26774,082 9600 2,789 4 69,72%

Cortadora Oxicorte 49487,381 9600 5,155 7 73,64%

Soldadura Manual 216274,403 9600 22,529 28 80,46%

Soldadura MIG 94383,869 9600 9,832 13 75,63%

Fundición 14795,113 9600 1,541 2 77,06%

Pintura y Secado 2341,287 9600 0,244 1 24,39%

Tabla 1: Tiempos totales de máquina de acuerdo a las horas requeridas en 1 turno de trabajo.

De donde el porcentaje de utilización no debe sobrepasar el 80%, ya que se debe dejar un

margen sujeto a posibles cambios en la demanda y así tener capacidad suficiente para futuras

producciones mayores. A partir de lo anterior, se estimó la cantidad real de máquinas a utilizar.

Luego, dependiendo de los turnos de trabajo, el tiempo disponible para la fabricación del

carro variará, al igual que el número real de máquinas y operarios:

NUMERO DE MAQUINAS REAL

Turno/Proceso Torno Fresa Taladro C. Plasma C. Oxicorte Sold. Manual Sold. MIG Fundición Pintura Total

1 3 4 2 4 7 28 13 2 1 64

2 2 2 1 2 4 14 7 1 1 34

3 1 2 1 2 3 10 5 1 1 26

Tabla 2: Número de máquinas y operarios según los turnos de trabajo.

Cabe mencionar que para cada máquina existe una cantidad de operarios asignados, por lo

tanto, al aumentar los turnos disminuirá la cantidad de máquinas y de operarios requeridos, pero

la cantidad total de operarios aumentará al doble o triple dependiendo de los turnos (lo cual ya

viene calculado en la Tabla).

NUMERO DE OPERARIOS

Turno/Proceso Torno Fresa Taladro C. Plasma C. Oxicorte Sold. Electrodo Sold. MIG Fundición Pintura Ensamble Total

1 3 4 2 8 14 28 13 4 1 1 78

2 4 4 2 8 16 28 14 4 2 2 84

3 3 6 3 12 18 30 15 6 3 3 99



6

Por otra parte, a partir de la planilla de diseño, fue posible determinar los costos de

fabricación por pieza, producto y proceso, detallando el costo asociado por materias primas,

máquina y mano de obra.

COSTO TOTAL POR PIEZA ($/pieza)

Pieza/Costo Materia Prima Máquina Mano de Obra Total

A1 $ 10.200.000 $ 58.733 $ 234.933 $ 10.493.667

T1 $ 5.100.000 $ 32.680 $ 130.720 $ 5.263.400

E1 $ 6.000.000 $ 36.525 $ 146.101 $ 6.182.627

A2 $ 12.000.000 $ 82.467 $ 329.867 $ 12.412.333

T2 $ 5.100.000 $ 40.360 $ 161.440 $ 5.301.800

E2 $ 6.000.000 $ 44.717 $ 178.869 $ 6.223.587

A3 $ 3.900.000 $ 28.389 $ 113.556 $ 4.041.944

T3 $ 1.800.000 $ 17.289 $ 69.156 $ 1.886.444

E3 $ 2.100.000 $ 18.627 $ 74.507 $ 2.193.133

A4 $ 7.500.000 $ 52.571 $ 210.286 $ 7.762.857

T4 $ 2.700.000 $ 25.324 $ 101.295 $ 2.826.619

E4 $ 3.000.000 $ 24.490 $ 97.958 $ 3.122.448

A5 $ 7.500.000 $ 102.081 $ 408.325 $ 8.010.406

T5 $ 3.000.000 $ 49.270 $ 197.079 $ 3.246.349

E5 $ 3.900.000 $ 42.640 $ 170.561 $ 4.113.202

A6a $ 1.500.000 $ 19.178 $ 76.711 $ 1.595.889

T6a $ 600.000 $ 13.032 $ 52.126 $ 665.158

E6a $ 900.000 $ 13.691 $ 54.764 $ 968.455

A6b $ 600.000 $ 43.696 $ 174.782 $ 818.478

T6b $ 300.000 $ 24.413 $ 97.652 $ 422.065

E6b $ 300.000 $ 20.621 $ 82.484 $ 403.105

A7 $ 900.000 $ 72.712 $ 334.179 $ 1.306.891

T7 $ 300.000 $ 38.672 $ 177.029 $ 515.701

E7 $ 600.000 $ 40.369 $ 195.961 $ 836.331

A8 $ 20.000.000 $ 161.214 $ 322.428 $ 20.483.641

T8 $ 10.000.000 $ 72.865 $ 145.730 $ 10.218.596

E8 $ 10.800.000 $ 63.873 $ 127.746 $ 10.991.619

A9 $ 1.115.999 $ 2.028.008 $ 3.144.007

T9 $ 429.447 $ 811.192 $ 1.240.638

E9 $ 436.303 $ 810.040 $ 1.246.343

Tabla 3: Costos totales por pieza

COSTO TOTAL POR CARRO ($/carro)

Modelo Materia Prima Máquina Mano de Obra Total

Andina $ 646.460 $ 24.221 $ 78.086 $ 748.767

Teniente $ 582.422 $ 20.200 $ 67.031 $ 669.653

Económico $ 423.494 $ 13.400 $ 46.371 $ 483.265

Total $ 1.652.376 $ 57.821 $ 191.488 $ 1.901.684

Tabla 4: Costos totales por carro.



7

COSTO TOTAL POR PROCESO ($)

Proceso Andina Teniente Económico Total ($) Porcentaje (%)

Torno $ 678.511 $ 302.370 $ 236.261 $ 1.217.142 6%

Fresa $ 1.052.446 $ 441.252 $ 371.621 $ 1.865.319 10%

Taladro $ 308.527 $ 157.818 $ 244.265 $ 710.609 4%

Corte Plasma $ 2.190.810 $ 1.149.345 $ 1.122.192 $ 4.462.347 23%

Fundición $ 1.739.820 $ 635.986 $ 706.509 $ 3.082.315 16%

Pintura $ 66.947 $ 30.321 $ 43.210 $ 140.477 1%

Soldadura MIG

$ 4.043.669 $ 1.569.440 $ 1.937.601 $ 7.550.710 39%

Ensamble $ 150.000 $ 75.000 $ 120.000 $ 345.000 2%

Tabla 5: Costos totales por proceso.

Y finalmente, el costo total de todos los carros demandados, y sus respectivos porcentajes:

COSTO TOTAL DE CARROS ($)

Modelo Materia Prima Máquina Mano de Obra Total

Andina $ 64.645.951 $ 2.422.143 $ 7.808.588 $ 74.876.681

Teniente $ 29.121.110 $ 1.009.978 $ 3.351.553 $ 33.482.641

Económico $ 33.879.527 $ 1.071.991 $ 3.709.667 $ 38.661.185

Total $ 127.646.587 $ 4.504.112 $ 14.869.807 $ 147.020.507

86,82% 3,06% 10,11%

Tabla 6: Costo total de carros

PORCENTAJE DE COSTO TOTAL

Modelo Materia Prima Máquina Mano de Obra

Andina 86,34% 3,23% 10,43%

Teniente 86,97% 3,02% 10,01%

Económico 87,63% 2,77% 9,60%

Tabla 7: Porcentaje de Costo total de carros

Automatización

Propuesta 1: Sistema que permita automatizar cada carro en forma independiente.

Se ha solicitado desarrollar un sistema que cumpla con los siguientes objetivos: Desplazarse por su propia cuenta sobre las vías. Detectar el lugar de carga y descarga de material. Activar una rutina de volcamiento del material (descarga). Detectar la presencia de obstáculos en el trayecto ante lo cual debe detenerse.

Para la automatización, serán necesarios los siguientes elementos:



8

- PLC: Será necesario un PLC modular, con al menos 10 entradas y 8 salidas

- Motor eléctrico: Para el movimiento del carro será necesario que cuente con un motor

eléctrico que le permitirá desplazarse por las vías, las cuales también suministrarán la

electricidad para su funcionamiento.

- Freno: Impedirán el movimiento del carro mientras estén activos.

- Bandeja: Bandeja lleva el elevador, para que se posicione entre el contenedor y la base

del carro.

- Elevador: Eleva el contenedor separándolo de la base para su posterior descarga.

- Palanca de descarga: Palanca móvil que se adhiere al carro para su volcamiento y

posterior posicionamiento original.

- Sensor de proximidad: Para detectar carros que se encuentren a cierta distancia.

- Sensor detecta obstáculos: Un sensor de proximidad para detectar objetos que

imposibiliten el avance del carro.

- Sensor de carga y descarga: Sensores interruptores que detectan la llegada del carro a

las zonas de carga y descarga respectivamente.

- Sensor carga_ok y descarga_ok: Sensores que indiquen que la carga y descarga se

realizó correctamente.

- Sensor bandeja adelante _ok: Sensor interruptor que detecta la llegada de la bandeja a

su posición adelante.

- Sensor bandeja atrás _ok: Sensor interruptor que detecta la llegada de la bandeja a su

posición atrás.

- Sensor elevador arriba_ok: Sensor interruptor que detecta la llegada del elevador a su

posición arriba.

- Sensor elevador abajo_ ok: Sensor interruptor que detecta la llegada del elevador a su

posición abajo.

Diagrama de estados 1:



9



10

Propuesta 2: Sistema que permita automatizar un tren de carros.

Se ha solicitado desarrollar un sistema que cumpla con los siguientes objetivos:

Desplazarse por su propia cuenta sobre las vías. Detectar el lugar de carga y descarga de material. Activar una rutina de volcamiento del material para cada uno de los carros (descarga). Detectar la presencia de obstáculos en el trayecto ante lo cual debe detenerse. Detectar la desconexión de un carro del tren. Permitir adicionar carros al mismo (máximo 2).

Esta automatización es una modificación de la Propuesta 1, por lo tanto solo fue necesario

agregarle algunos elementos que permitan realizar en forma correcta la automatización.

- Adiciona carros: Mecanismo que permitirá adicionar carros al tren, según la cantidad

requerida por el operador.

- Mandar señal: Indicará cuando se desconecte algún carro del tren, mandando una

señal al operador.

- Sensor adiciona carros_ok: Sensor que indicará cuando un carro haya sido agregado al

tren de carros.

- Sensor de desconexión: Indicará cuando un carro se desconecte del tren de carros.

- Sensor señal recibida: Sensor que indicará cuando haya sido recibido la señal de que

un carro se ha desconectado.

- Sensor detecta carro: Cuenta los carros antes de llegar a la zona de carga y descarga.

Diagrama de estados 2:



11



12

Conclusiones

A partir de lo planteado anteriormente en cuanto a diseño y costos, se ha llegado a las siguientes

conclusiones:

- En cuanto a los tiempos totales demandados por cada proceso, se puede observar que el

equipo que requiere más tiempo para llevar a cabo la fabricación total de los carros

mineros es el proceso de soldadura, siendo el equipo manual el que demanda más tiempo.

PORCENTAJE POR EQUIPO

Equipo TTDem

Torno 3,52%

Fresa 6,08%

Taladro 2,65%

Cortadora Plasma 5,81%

Cortadora Oxicorte 10,75%

Soldadura Manual 46,97%

Soldadura MIG 20,50%

Fundición 3,21%

Pintura y Secado 0,51%

Tabla 8: Porcentaje de TTDem por equipo

- Sabiendo que para los procesos de corte y soldadura existen dos opciones de tecnología

para cada uno, se realizó una comparación con respecto a los costos de estas opciones:

COMPARACION COSTOS TOTALES SOLDADURA MANUAL/MIG

Proceso Máquina ($) Mano de obra ($) Total

S. Manual $ 1.802.287 $ 14.418.294 $ 16.220.580

S. MIG $ 1.258.452 $ 6.292.258 $ 7.550.710

COMPARACION COSTOS TOTALES CORTE PLASMA/OXICORTE

Proceso Máquina ($) Mano de obra ($) Total

Oxicorte $ 659.832 $ 6.598.317 $ 7.258.149

Plasma $ 892.469 $ 3.569.878 $ 4.462.347

Tabla 9: Comparaciones de costos por opciones de soldadura y corte

De donde es posible observar que para minimizar los costos es mucho más óptimo utilizar

soldadura MIG y corte por plasma, siendo sus costos aproximadamente la mitad de su

opción alternativa respectiva, los cuales tienen un costo de mano de obra mucho más

elevado. Basándonos en la Tabla 8 mostrada anteriormente, era de esperar este resultado,

ya que el TTDem en ambos procesos (MIG y plasma) es menor en comparación a la

soldadura manual y al oxicorte respectivamente.

Por estas razones, se seleccionó esta combinación de tecnología, ya que de esta forma se

minimizarán los tiempos totales demandados y por ende, los costos.



13

- Si bien el proyecto consta de 3 modelos de carros, entre los cuales se encuentra uno

económico, se optó, por lo explicado anteriormente, por utilizar el mismo tipo de

tecnología en soldadura en los 3 tipos de carros (Soldadura MIG). La diferenciación entre

Andina y Teniente con el Económico se realizó en otros procesos como torno, fresa, y el

corte plasma calidad y máximo respectivamente.

- Una vez elegido el proceso de soldadura y corte a utilizar, la Tabla 5 de costos totales por

proceso muestra que el proceso de soldadura (MIG en este caso) es el más caro, con un

38% del total. A pesar de que este ítem ya se encuentra optimizado (al elegir soldadura

MIG), los altos costos se deben a que se trata de un proceso fundamental en la línea de

manufactura del carro, no habiendo alternativas conocidas.

- Observando la Tabla 6 y Tabla 7 con mayor detalle, se aprecia que la materia prima

representa el 86,82% del total, seguido de la mano de obra con un 10,11% y por último las

máquinas con un 3,06%. Por lo tanto, si es necesario minimizar aún más los costos, habría

que enfocarse en las materias primas, buscando una alternativa más barata con otros

distribuidores, cambiando de material u optimizando la demanda de planchas con

distintos tipos de pieza en cada una de ellas.

- En cuanto a los modelos de carros, tanto en el costo unitario como en el total, el más caro

es el modelo Andina, debido a su mayor tamaño y a su alta demanda. En el caso del

económico unitario, éste es el más barato, sin embargo, como su demanda es mayor a la

de Teniente, sus costos totales aumentan superando al modelo Teniente (ver Tabla 4 y 6).

- De la Tabla 3 de costos totales por pieza, se puede ver que la pieza más cara es la 8, lo cual

se puede deber a la poca cantidad de piezas que se pueden obtener por barra,

aumentando la demanda de estas barras, y por lo tanto los costos. Por lo que, si se desea

recortar costos, una opción válida es optar por rediseñar la pieza o bien, buscar

alternativas de materia prima (quizá barras de mayor longitud).

- Finalmente, en cuanto a los turnos, al aumentarlos disminuyen las máquinas necesarias y a

su vez los operarios requeridos. Sin embargo, si bien los operarios disminuyen, más turnos

significa que esa cantidad disminuida se debe multiplicar por la cantidad de turnos,

requiriendo finalmente una cantidad mayor de operarios. A pesar de lo anterior, la

variación de operarios entre los 3 turnos es mínima en comparación a la de las máquinas,

siendo la peor opción la de 1 turno (más máquinas y alta necesidad de operarios) ya que lo

anterior se traduce en mayores costos de inversión (no especificados en el proyecto).

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