rehabilitación y automatización de maquinaria industrial

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULANCINGO

PROYECTO

Rehabilitación y Automatización de Maquinaria

Industrial Obsoleta

LIDER DEL PROYECTO

DANIEL CRUZ HERNÁNDEZ

CUERPO DE INVESTIGACIÓN

ELECTROMECÄNICA INDUSTRIAL

CARTA DE AUTORIZACION DE TESIS

AGRADECIMIENTO

A Dios, por llevarme a su lado a lo largo de esta vida siempre llenándome de alegría y

gozo con sorpresas inesperadas y tan gratificantes gracias dios por todas las bendiciones

Que me has dado.

A ti papa, que me has enseñado que el trabajo constante la perseverancia y la lucha

diaria por lograr los sueños son las mejores alternativa para mi superación.

A ti madre, que inexplicablemente supo corregirme en momentos de tropiezo.

A ti magno, por estar con migo a lo largo de estos dos años que sin reclamos supiste

soportar las carencias, gracias por superar con migo la adversidad.

A ti Yaretzi, que has sido mi inspiración, gracias por cada uno de los momentos en los

que después de un enojo me has robado una sonrisa.

Gracias a todas y cada una de las personas que participaron en el proyecto realizado ya

que invirtieron su tiempo y conocimiento hasta lograr el objetivo sin recibir nada a cambio

y que gracias a ellos se ha completado esta tesis.

Por último quiero agradecer a todas esas personas que sin esperar nada a cambio

compartieron sus pláticas y conocimientos, a todos aquellos que me han acompañado

durante estos dos años que duro este sueño lograron convertirlo en realidad.

Gracias.

Índice

I. INTRODUCCION ............................................................................................................ 1

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................................... 2

1.2 JUSTIFICACION ...................................................................................................................... 3

1.3 HIPOTESIS .............................................................................................................................. 3

II. MARCO TEÓRICO Y MARCO REFERENCIAL ............................................................ 4

2.1 Automatización......................................................................................................................... 4

2.1.1 La automatización industrial .................................................................................................. 4

2.1.2 Objetivos de la automatización industrial ............................................................................... 5

2.1.3 La automatización de procesos ............................................................................................. 5

2.1.4 Faces para la puesta en marcha de un proyecto de automatización ................................ 6

2.1.5 Elementos de una Instalación Automatizada .......................................................................... 8

2.2 Mecánica industrial.................................................................................................................. 9

2.2.1 Sistemas mecánicos.............................................................................................................. 9

2.2.2 Características de los sistemas mecánicos ............................................................................ 9

2.2.3 Torno.................................................................................................................................. 10

2.2.4 La palanca ......................................................................................................................... 11

2.2.4.1 Tipos de palancas ............................................................................................................ 13

2.2.5 La rueda ............................................................................................................................. 15

2.2.5.1 Máquinas compuestas .................................................................................................. 16

2.2.6 Poleas ................................................................................................................................ 17

2.2.6.1 Relación de velocidades en las poleas ......................................................................... 19

2.2.6.2 Posibilidades del multiplicador de velocidades............................................................ 20

2.2.6.3 Ejemplos ......................................................................................................................... 21

2.2.7 Rodamientos ....................................................................................................................... 23

2.2.7.1 Vida útil de los Rodamientos ............................................................................................ 27

2.2.7.2 Vida Nominal Ajustada ..................................................................................................... 28

2.2.8 Engranes ............................................................................................................................ 29

2.2.9 Levas .................................................................................................................................. 31

2.2.10 Fundamentos de la tribología ............................................................................................ 32

2.2.11 Lubricación ........................................................................................................................ 33

2.3 Sistemas hidráulicos y neumáticos ......................................................................................... 37

2.3.1 Sistema hidráulico ............................................................................................................... 37

2.3.2 Sistema Neumático ........................................................................................................... 39

2.3.3 Electroneumática................................................................................................................. 42

2.3.4 Electrohidráulica .................................................................................................................. 42

2.4 Motores de corriente directa (DC) ........................................................................................... 43

2.4.1 Control de velocidad en motores DC ................................................................................... 44

2.5 Motores de corriente alterna (CA) ....................................................................................... 47

2.5.1 Variadores de velocidad para motores de (CA) .................................................................... 55

2.6 Diseño asistido por computadora (CAD) ............................................................................ 57

2.6.1 Diseño Solidworks ............................................................................................................... 58

2.7 Sistema de manufactura flexible ............................................................................................. 60

2.8 Mantenimiento industrial ......................................................................................................... 62

III INVESTIGACION ......................................................................................................... 66

3.1 Objetivo general ..................................................................................................................... 66

3.2 Objetivos específicos ............................................................................................................. 66

3.3 Metodología de la investigación .............................................................................................. 66

3.4 Cronograma de actividades 66

IV DESARROLLO DE LA INVESTIGACION ................................................................... 67

4.1 Desarrollo .............................................................................................................................. 67

4.1.1 Estudio en la línea de producción ........................................................................................ 67

4.1.2 Análisis de tiempos durante la ejecución ............................................................................ 68

4.1.3 Beneficios ........................................................................................................................... 70

4.1 .4 Condiciones y condiciones de la maquina obsoleta a rehabilitar ......................................... 70

4.1.4.1 Sistema eléctrico. ........................................................................................................... 71

4.1.4.2 Sistema Mecánico .......................................................................................................... 72

4.1.6 Tabla de cotización. .......................................................................................................... 74

V. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ................................................. 78

5.1 Resultados ............................................................................................................................. 78

5.2 Comprobación o rechazo de la hipótesis ................................................................................ 79

5.3 Análisis .................................................................................................................................. 79

5.4 Interpretación ......................................................................................................................... 79

VI. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 80

VII. PROPUESTAS Y RECOMENDACIONES ................................................................. 81

RESUMEN

Este proyecto se ubica en el marco de la automatización y control de sistemas de

producción, cuyo objetivo principal es la optimización de procesos industriales, en

términos de tiempos, esfuerzos, costos y maximización de la producción. En éste se

corrobora que la rehabilitación es un servicio y además que las políticas, objetivos y

manera de actuar de la empresa, éstas deben ajustarse a sus necesidades globales,

evolutivas y competitivas.

En el desarrollo del proyecto, se considera la aplicación de técnicas de automatización y

rehabilitación, las cuales al implementarse ayudarán a mejorar la competitividad con otras

industrias, al reducir costos de operación y de manufactura, al aumentar la producción, al

disminuir tiempos en los procesos y sobre todo al rehabilitar o desechar maquinaria

obsoleta. La propuesta de este trabajo se presenta con las características y condiciones

de un proyecto de innovación tecnológica

Además de denotar cuáles son las ventajas de la rehabilitación de maquinarias en la

industria, se enfatiza que las labores de mantenimiento se pueden realizar siguiendo

procedimientos muy básicos en la conservación de la maquinarias, lo cual traerá

beneficios satisfactorios y que contribuirán en el funcionamiento optimo de las

maquinarias automatizadas y rehabilitadas.

Para el desarrollo del proyecto se considerará la utilización de solidworks (CAD) Diseño

asistido por computadora. Que cuenta con un amplio sistema de diseño que permite

facilitar la construcción de elementos mecánicos como medios de solución, la

implementación de tarjetas de control (CD) corriente directa, así como la adecuación y

reutilización de sistemas electromecánicos. Entre otros, estos son algunos elementos

tecnológicos que forman parte de un innumerable grupo de herramientas para la

automatización de líneas de producción en la industria.

ABSTRACT

This project is located within the automation and control of production systems, whose

main objective is the optimization of industrial processes, in terms of time, effort, costs and

maximizing production. In it is confirmed that rehabilitation is a service and that the

policies, objectives and modus operandi of the company, they have to meet its global

needs, developmental and competitive.

In the project, we consider the application of automation techniques and rehabilitation,

which when implemented will help improve competitiveness with other industries, to

reduce operating costs and manufacturing, to increase production by reducing process

times and especially to rehabilitate or discard obsolete machinery. The purpose of this

paper presents the characteristics and conditions of a technological innovation project

Besides denote what are the advantages of rehabilitation of machinery in industry, it is

emphasized that maintenance work can be done by following very basic procedures in the

conservation of machinery, which will bring benefits that contribute to successful and the

optimal automated machinery and rehabilitated.

For the project consider using SolidWorks (CAD) computer aided design. That has a large

design system that facilitates the construction of mechanical elements as means of

solution, implementation of control cards (CD) direct current, and the adaptation and reuse

of electromechanical systems. Among others, these are some technological elements that

are part of an innumerable set of tools for the automation of production lines in the

industry.

I. Introducción

1

I. INTRODUCCION

Comercial Roshfrans se convierte día a día en una empresa líder dentro de la industria

de lubricantes debido a las diferentes innovaciones y mejoras de sus productos, con

capacidades competitivas, generando así también diferentes objetivos con mayores

exigencias que permitirán desarrollar competencia en las diferentes áreas de oportunidad

con una tendencia hacia la globalización.

Dentro de la base teórica que se presenta en este trabajo se vuelve evidente que la

evolución de las técnicas de mantenimiento, para la rehabilitación y automatización ha ido

siempre a la par con la evolución tecnológica, permitiendo incrementar significativamente

el aprendizaje sobre el comportamiento degenerativo interno de los equipos que hace tan

solo unos años eran prácticamente desconocidos. Cada problema que se presenta en la

rehabilitación puede estudiarse y diagnosticarse empleando una variedad de técnicas lo

que llevara al uso de algunas estrategias para el empleo de sistemas mecatrónicos que

resolverán los problemas.

Los procesos industriales son procesos continuos que demandan tiempos y esfuerzos

precisos, Por proceso, se entiende aquella parte del sistema en que, a partir de la entrada

de material, energía e información, se genera una transformación, la cual está sujeta a

perturbaciones del entorno y da lugar a la salida de material en forma de producto.

I. Introducción

2

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la industria de lubricantes existen líneas de producción en particular de líquido de

frenos en la que se embasan dos presentaciones, 3.50ml y 9.50ml, respectivamente. En

dicho proceso se tienen los problemas de la colocación y sellado de las tapas, para

realizar dicha actividad se emplean dos trabajadores, lo que implica que los costos de

producción sean muy altos, así como la perdida de tiempos. Por lo anterior se propone

adecuar y rehabilitar una maquina serradora de tapas, la cual ha sido rescatado\a de una

bodega donde se almacenan maquinarias obsoletas o en desuso.

La rehabilitación y adecuación de la maquina exige realizar estudios visuales, estudios de

pertinencia y factibilidad, y diseños de diferentes mecanismos para automatizar el

proceso, además se plantea diseñar un sistema de control electrónico que permita a

cualquier usuario de la línea de producción la manipulación de la maquinaria de acuerdo

a las necesidades y exigencias que requiera el proceso.

Se realizó un estudio puntual, en línea de producción; donde se detectaron los siguientes

problemas; se emplea un tiempo considerable en la colocación y sellado de la botella, en

la colocación de etiqueta y en el llenado, Aunado a esto se emplea parte del turno en el

armado de caja, existen tiempos muertos por descanso forzado por cansancio de sellado

y existe un deficiente control de velocidades entre las bandas de trasportación. Todo esto

hace que el proceso de producción pierda eficiencia en términos de metas diarias y

mensuales y anuales.

I. Introducción

3

1.2 JUSTIFICACION

En la actualidad la automatización en procesos relacionados a la industria de los

lubricantes ha recibido especial atención, el problema principal es diseñar sistemas

mecatrónicos capaces de adecuarse y acoplarse a la máquinaria existente en las líneas

de producción; reducir los tiempos y gastos de operación; de una manera eficiente, con

mayores utilidades, siguiendo la filosofía de la empresa en cuanto innovación se refiere.

Optimizar el proceso de colocación y sellado de tapas en la línea de producción a través

de la rehabilitación y adecuación de un sistema electromecánico para la reducción de

costos y tiempos, justifica plenamente la realización de este proyecto.

La adquisición de maquinaria nueva para la realización de procesos, resulta un gasto muy

fuerte para las empresas, y no siempre se recupera de manera inmediata la inversión, en

ese sentido si se tiene el capital humano y material para rehabilitar o rediseñar maquinaria

obsoleta, resulta en un gran rendimiento en términos de costo beneficio.

En esta línea de producción se emplean 5 personas de las cuales dos colocan tapa y la

sellan por lo que se pretende automatizar y rehabilitar una maquina colocadora y

serradora de botellas que contribuya en minimizar el tiempo y aumente la producción.

Esta adecuación y rehabilitación permitirá la reubicación de 2 empleados que se podrán

desempeñar en otras áreas de producción.

1.3 HIPOTESIS

La rehabilitación y automatización de esta máquina permitirá la implementación de un

sistema de producción con mayor eficiencia por lo que se estima un aumento de la

producción de un 25%.

II. Marco teórico y marco referencial

4

II. MARCO TEÓRICO Y MARCO REFERENCIAL

2.1 Automatización

Automatización es el uso de sistemas de control y de tecnología informática para reducir

la necesidad de la intervención humana en un proceso. En el enfoque de la industria,

automatización es el paso más allá de la mecanización en donde los procesos industriales

son asistidos por maquinas o sistemas mecánicos que reemplazan las funciones que

antes eran realizada por animales. Mientras en la mecanización los operadores son

asistidos con maquinaria a través de su propia fuerza y de su intervención directa, en la

automatización se reduce de gran manera la necesidad mental y sensorial del operador.

De esta forma presenta grandes ventajas en cuanto a producción más eficiente y

disminución de riesgos al operador, En la figuraII.1 se puede observar una planta

automotriz con alguno de sus procesos automatizados.

Figura II.1 La automatización

2.1.1 La automatización industrial

La automatización tiene como fin aumentar la competitividad de la industria por lo que

requiere la utilización de nuevas tecnologías; por esta razón, cada vez es más necesario

que toda persona relacionada con la producción industrial tenga conocimiento de

aquéllas.

La extensión de la automatización de forma sencilla en cuanto a mecanismo, y además a

bajo coste, se ha logrado utilizando técnicas relacionadas con la rehabilitación, la cual se

basa en la utilización de maquinarias obsoletas, y es empleada en la mayor parte como

desechos industriales.

La automatización industrial, en base a maquinarias obsoletas si bien no tendrán una vida

útil total podrá aportar grandes beneficios en la industria.


5

2.1.2 Objetivos de la automatización industrial

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos

pesados e incrementando la seguridad.

Realizar las operaciones imposibles de controlar, intelectual o

manualmente.

Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades

necesarias en el momento preciso.

Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes

conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

Integrar la gestión y producción.

2.1.3 La automatización de procesos

La automatización de los procesos es la sustitución de tareas tradicionalmente manuales

por las mismas realizadas de manera automática por máquinas, robots o cualquier otro

tipo de automatismo.

La automatización tiene ventajas muy evidentes en los procesos industriales. Se mejora

en costes, en servicio y en calidad. El trabajo es más rápido y no necesita de una cantidad

determinada de operarios, que antes eran necesarios.

Además se producen menos problemas de calidad por realizarse el trabajo de una

manera más uniforme debido a las especificaciones dadas al automatismo. Otras ventajas

se obtienen de la automatización son el aumento de producción, menor gasto energético,

mayor seguridad para los trabajadores.


6

2.1.4 Faces para la puesta en marcha de un proyecto de automatización

La automatización de un proceso frente al control manual del mismo proceso, brinda

ciertas ventajas y beneficios de orden económico, social, y tecnológico, pudiéndose

resaltar las siguientes:

Se obtiene una reducción de costos, puesto que se racionaliza el trabajo, se reduce el

tiempo y dinero dedicado al mantenimiento.

Flexibilidad para adaptarse a nuevos productos (fabricación flexible y multifabricación).

Se obtiene un conocimiento más detallado del proceso, mediante la recopilación de

información y datos estadísticos del proceso.

Factibilidad técnica en procesos y en operación de equipos.

Análisis del proceso.

• Se trata de estudiar el proceso completo y buscar puntos de mejora (preferiblemente en el cuello de botella).

Búsqueda de

soluciones:

• Hay que buscar elementos sustitutivos para la situación actual: robótica industrial, maquinaria, PLC's, diferentes tipos de automatismos

Estudiar los costos de la inversión:

• Hay que ver cuál de las soluciones nos aporta un retorno de la inversión más rápido, la solución más amortizable, estudiar los costos de los posibles despidos. El beneficio económico y social debe ser mayor que el costo de operación y mantenimiento.

Instalación:

• Una vez elegida la solución hay que asegurar su correcta instalación y puesta a punto. Este proceso es delicado porque de él depende en gran medida un resultado óptimo del desarrollo.

Comprobación:

• Una vez está el automatismo en marcha debemos comprobar que funciona como deseamos. Lo normal es que la empresa que nos lo vende nos ofrezca un periodo de tiempo para dar marcha atrás sin coste o con costes muy bajos.


7

Factibilidad para la implementación de funciones de análisis, optimización y auto

diagnóstico.

Aumento en el rendimiento de los equipos y facilidad para incorporar nuevos equipos y

sistemas de información.

Disminución de la contaminación y daño ambiental.

Racionalización y uso eficiente de la energía y la materia prima.

Aumento en la seguridad de las instalaciones y la protección a los trabajadores.

Existen ciertos requisitos de suma importancia que debe cumplirse al automatizar, de no

cumplirse con estos se estaría afectando las ventajas de la automatización, y por tanto no

se podría obtener todos los beneficios que esta brinda, estos requisitos son los siguientes:

Compatibilidad electromagnética: Debe existir la capacidad para operar en un ambiente

con ruido electromagnético producido por motores y máquina de revolución. Para

solucionar este problema generalmente se hace uso de pozos a tierra para los

instrumentos (menor a 5) estabilizadores ferro-resonantes para las líneas de energía, en

algunos equipos ubicados a distancias grandes del tablero de alimentación (>40m) se

hace uso de celdas apantalladas.

Expansibilidad y escalabilidad: Es una característica del sistema que le permite crecer

para atender las ampliaciones futuras de la planta, o para atender las operaciones no

tomadas en cuenta al inicio de la automatización. Se analiza bajo el criterio de análisis

costo-beneficio, típicamente suele dejarse una reserva en capacidad instalada ociosa

alrededor de 10% a 25%.

Manutención: Se refiere a tener disponible por parte del proveedor, un grupo de personal

técnico capacitado dentro del país, que brinde el soporte técnico adecuado cuando se

necesite de manera rápida y confiable. Además implica que el proveedor cuente con

repuestos en caso sean necesarios.

Sistema abierto: Los sistemas deben cumplir los estándares y especificaciones

internacionales. Esto garantiza la interconectibilidad y compatibilidad de los equipos a

través de interfaces y protocolos, también facilita la interoperabilidad de las aplicaciones

y el traslado de un lugar a otro.


8

2.1.5 Elementos de una Instalación Automatizada

maquinas: son los equipos mecánicos que realizan los procesos, traslados,

transformaciones, etc. de los productos o materia prima.

accionadores: son equipos acoplados a las máquinas, y que permiten realizar

movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje. pueden ser:

accionadores eléctricos: usan la energía eléctrica, son por ejemplo, electroválvulas,

motores, resistencias, cabezas de soldadura, etc.

accionadores neumáticos: usan la energía del aire comprimido, son por ejemplo,

cilindros, válvulas, etc.

accionadores hidráulicos: usan la energía de la presión del agua, se usan para

controlar velocidades lentas pero precisas.

pre accionadores: se usan para comandar y activar los accionadores. por ejemplo,

contactores, switchs, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, etc.

captadores: son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales

necesarias para conocer el estados del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.

interfaz hombre-máquina: permite la comunicación entre el operario y el proceso,

puede ser una interfaz gráfica de computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, etc.

elementos de mando: son los elementos de cálculo y control que gobiernan el proceso,

se denominan autómata, y conforman la unidad de control.

los sistemas automatizados se conforman de dos partes: parte de mando y parte

operativa

parte de mando: es la estación central de control o autómata. es el elemento principal

del sistema, encargado de la supervisión, manejo, corrección de errores, comunicación,

etc.

parte operativa: Es la parte que actúa directamente sobre la máquina, son los

elementos que hacen que la máquina se mueva y realice las acciones. Son por ejemplo,

los motores, cilindros, compresoras, bombas, relés, etc.


9

2.2 Mecánica industrial

La mecánica industrial es un arte que consiste en la construcción y mantenimiento de las

máquinas que se dedican a alguna industria o empresa relacionada con la Ingeniería, que

tienen como finalidad transformar las materias primas en productos elaborados, de forma

masiva.

Es necesaria en la mayoría de las empresas, en especial en aquellas que se dedican a

los siguientes rubros: Mineras, Transportes, Procesos Metal Mecánicos, Químicas,

Alimenticias y Servicios Públicos. En la actividad de proyectos donde se requiere de la

creación de nuevas industrias, la incorporación de nuevas tecnologías en las empresas

manufactureras existentes; en montaje de plantas y equipos: en instalar, transformar y

construir equipos y plantas industriales de cualquier tipo; en actividad de operación y

mantención de plantas y equipos mecánicos.

2.2.1 Sistemas mecánicos

El ser humano siempre intenta realizar trabajos que sobrepasan su capacidad física o

intelectual. Algunos ejemplos de esta actitud de superación pueden ser: mover rocas

enormes, elevar coches para repararlos, transportar objetos o personas a grandes

distancias, extraer sidra de la manzana, cortar árboles, resolver gran número de

problemas en poco tiempo... Para solucionar estos grandes retos se inventaron las

máquinas: una grúa o una excavadora son máquinas; pero también lo son una bicicleta, o

los cohetes espaciales; sin olvidar tampoco al simple cuchillo, las imprescindibles pinzas

de depilar, el adorado ordenador o las obligatorias escaleras. Todos ellos son máquinas y

en común tienen, al menos, una cosa: son inventos humanos cuyo fin es reducir el

esfuerzo necesario para realizar un trabajo. Prácticamente cualquier objeto puede

llegar a convertirse en una máquina sin más que darle la utilidad adecuada. Por ejemplo,

una cuesta natural no es, en principio, una máquina, pero se convierte en ella cuando el

ser humano la usa para elevar objetos con un menor esfuerzo (es más fácil subir objetos

por una cuesta que elevarlos a pulso); lo mismo sucede con un simple palo que nos

encontramos tirado en el suelo, si lo usamos para mover algún objeto a modo de palanca

ya lo hemos convertido en una máquina.

2.2.2 Características de los sistemas mecánicos

Se caracterizan por presentar elementos o piezas sólidos, con el objeto de realizar

movimientos por acción o efecto de una fuerza.


10

En ocasiones, pueden asociarse con sistemas eléctricos y producir movimiento a partir de

un motor accionado por la energía eléctrica.

En general la mayor cantidad de sistemas mecánicos usados actualmente son

propulsados por motores de combustión interna.

En los sistemas mecánicos. Se utilizan distintos elementos relacionados para transmitir un

movimiento.

Como el movimiento tiene una intensidad y una dirección, en ocasiones es necesario

cambiar esa dirección y/o aumentar la intensidad, y para ello se utilizan mecanismos.

En general el sentido de movimiento puede ser circular (movimiento de rotación) o lineal

(movimiento de translación) los motores tienen un eje que genera un movimiento circular.

2.2.3 Torno

Permite convertir un movimiento giratorio en uno lineal continuo, o viceversa. Este

mecanismo se emplea para la tracción o elevación de cargas por medio de una cuerda.

Figura II.2 Torno

Ejemplos de uso podrían ser:

Obtención de un movimiento lineal a partir de uno giratorio en: grúas (accionado por un

motor eléctrico en vez de una manivela), barcos (para recoger las redes de pesca, izar o

arriar velas, levar anclas...), pozos de agua (elevar el cubo desde el fondo), elevalunas de

los automóviles...

Obtención de un movimiento giratorio a partir de uno lineal en: peonzas (trompos),

arranque de motores fuera-borda, accionamiento de juguetes sonoros para bebés...

Básicamente consiste en un cilindro horizontal (tambor) sobre el que se enrolla (o

desenrolla) una cuerda o cable cuando le comunicamos un movimiento giratorio a su eje.

Para la construcción de este mecanismo necesitamos, al menos: dos soportes, un eje,

un cilindro (tambor) y una manivela (el eje y el cilindro han de estar unidos, de forma que


11

ambos se muevan solidarios). A todo esto hemos de añadir una cuerda, que se enrolla

alrededor del cilindro manteniendo un extremo libre.

Los soportes permiten mantener el eje del torno en una posición fija sobre una base;

mientras que la manivela es la encargada de imprimirle al eje el movimiento giratorio (en

sistemas más complejos se puede sustituir la manivela por un motor eléctrico con un

sistema multiplicador de velocidad).

Figura II.3 Especificaciones

Este sistema suele complementarse con un trinquete para evitar que la manivela gire en

sentido contrario llevada por la fuerza que hace la carga.

En la realidad se suele sustituir la manivela por un sistema motor-reductor (motor eléctrico

dotado de un reductor de velocidad).

Este mecanismo se comporta exactamente igual que una palanca, donde:

... el brazo de potencia (BP) es el brazo de la manivela (radio de la manivela)

...el brazo de resistencia (BR) es el radio del cilindro en el que está enrollada la cuerda

Para que el sistema tenga ganancia mecánica (P<R) es necesario que el brazo de

potencia (brazo de la palanca) sea mayor que el brazo de la resistencia (radio del

cilindro).

Si la manivela tuviera el mismo radio que el tambor, tendríamos que hacer la misma

fuerza que si tiráramos directamente de la cuerda (P=R).

2.2.4 La palanca

La palanca es un operador compuesto de una barra rígida que oscila sobre un eje

(fulcro). Según los puntos en los que se aplique la potencia (fuerza que provoca el

movimiento) y las posiciones relativas de eje y barra, se pueden conseguir tres tipos


12

diferentes de palancas a los que se denomina: de primero, segundo y tercer género (o

grado).

El esqueleto humano está formado por un conjunto de palancas cuyo punto de apoyo

(fulcro) se encuentra en las articulaciones y la potencia en el punto de unión de los

tendones con los huesos; es por tanto un operador presente en la naturaleza.

De este operador derivan multitud de máquinas muy empleadas por el ser humano:

cascanueces, alicates, tijeras, pata de cabra, carretilla, remo, pinzas...

Figura II.4 pinzas

Con los cuatro elementos tecnológicos de una palanca se elabora la denominada Ley de

la palanca, que dice: La "potencia" por su brazo es igual a la "resistencia" por el

suyo.

Figura II.5 palanca

Matemáticamente se puede poner: POTENCIA x BRAZO DE POTENCIA =

RESISTENCIA x BRAZO DE RESISTENCIA

P x BP = R x BR

Esta expresión matemática representa una proporción inversa entre la "potencia" y su

brazo por un lado y la "resistencia" y el suyo por el otro. Por tanto, para una "resistencia"

dada, aumentos de la "potencia" obligan a disminuir su brazo, mientras que aumentos del

brazo de potencia supondrán disminuciones de su intensidad.

Esta expresión matemática se traduce de forma práctica si pensamos en estos ejemplos:


13

La fuerza necesaria para hacer girar una puerta (potencia) es menor cuanto más lejos de

las bisagras (brazo de potencia) la aplicamos.

Es más fácil cortar una alambre (potencia) con unos alicates de corte, cuanto más cerca

del eje lo colocamos (brazo de resistencia) y cuanto más lejos de él aplicamos la fuerza

(brazo de potencia).

Al emplear un cascanueces es más fácil romper la nuez (resistencia) cuanto más lejos

(brazo de potencia) ejerzamos la fuerza (potencia).

Es más fácil aflojar los tornillos de las ruedas de un coche (potencia) cuanto más larga

sea la llave empleada (brazo de potencia).

Si en vez de considerar la intensidad de las fuerzas de la "potencia" y la "resistencia"

consideramos su desplazamiento, esta ley la podemos enunciar de la forma siguiente:

El desplazamiento de la "potencia" es a su brazo como el de la "resistencia" al

suyo.

Expresión que matemáticamente toma la forma:

Esto representa una proporción directa entre el desplazamiento de la potencia y su brazo,

de tal forma que para aumentar (o disminuir) el desplazamiento de la potencia es

necesario también aumentar (o disminuir) su brazo, y lo mismo sucedería con la

resistencia.

Figura II.6 representación de la potencia

2.2.4.1 Tipos de palancas

La palanca de primer grado permite situar la carga (R, resistencia) a un lado del fulcro y

el esfuerzo (P, potencia) al otro, lo que puede resultar muy cómodo para determinadas

aplicaciones (alicates, patas de cabra, balancines...). Esto nos permite conseguir que la

potencia y la resistencia tengan movimientos contrarios cuya amplitud (desplazamiento de

la potencia y de la resistencia) dependerá de las respectivas distancias al fulcro.

Con estas posiciones relativas se pueden obtener tres posibles soluciones:


14

Figura II.7 palanca de primer grado

La palanca de segundo grado

Permite situar la carga (R, resistencia) entre el fulcro y el esfuerzo (P, potencia).

Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de

resistencia (BP>BR) y, en consecuencia, el esfuerzo menor que la carga (P<R).

Este tipo de palancas siempre tiene ganancia mecánica.

Figura II.8 palanca de segundo grado

Palanca de tercer grado

La palanca de tercer grado permite situar el esfuerzo (P, potencia) entre el fulcro (F) y la

carga (R, resistencia). Con esto se consigue que el brazo de la resistencia siempre será

mayor que el de la potencia (BR>BP) y, en consecuencia, el esfuerzo mayor que la carga

(P>R). Este tipo de palancas nunca tiene ganancia mecánica.


15

Figura II.9 palanca de tercer grado

Esta disposición hace que los movimientos de la potencia y de la resistencia se realicen

siempre en el mismo sentido, pero la carga siempre se desplaza más que la potencia

(DR>DP). Es un montaje, por tanto, que amplifica el movimiento de la potencia, lo que

constituye su principal ventaja.

Al ser un tipo de máquina que no tiene ganancia mecánica, su utilidad práctica se centra

únicamente en conseguir grandes desplazamientos de la resistencia con pequeños

desplazamientos de la potencia. Se emplea en pinzas de depilar, cortaúñas, cañas de

pescar.

Figura II.10 Aplicación

Es curioso que está palanca sea la única presente en la naturaleza, pues forma parte del

sistema mecánico de los vertebrados

2.2.5 La rueda

La rueda es un operador formado por un cuerpo redondo que gira respecto de un punto

fijo denominado eje de giro.

Normalmente la rueda siempre tiene que ir acompañada de un eje cilíndrico (que guía su

movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición).

Aunque en la naturaleza también existen cuerpos redondeados (troncos de árbol, cantos

rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la función de la rueda en las máquinas, por

tanto se puede considerar que esta es una máquina totalmente artificial.

De la rueda se derivan multitud de máquinas de las que cabe destacar: polea simple,

rodillo, tren de rodadura, noria, polea móvil, polipasto, rodamiento, engranajes, sistema

correa-polea...


16

Figura II.11 polea

2.2.5.1 Máquinas compuestas

Cuando no es posible resolver un problema técnico en una sola etapa hay que recurrir al

empleo de una máquina compuesta, que no es otra cosa que una sabia combinación de

diversas máquinas simples, de forma que la salida de cada una de ellas se aplica

directamente a la entrada de la siguiente hasta conseguir cubrir todas las fases

necesarias.

Las máquinas simples, por su parte, se agrupan dando lugar a los mecanismos, cada uno

encargado de hacer un trabajo determinado. Si analizamos un taladro de sobremesa

podremos ver que es una máquina compuesta formada por varios mecanismos: uno se

encarga de crear un movimiento giratorio, otro de llevar ese movimiento del eje del motor

al del taladro, otro de mover el eje del taladro en dirección longitudinal, otro de sujetar la

broca, otro...

Figura II.12 maquina compuesta


17

La práctica totalidad de las máquinas empleadas en la actualidad son compuestas, y

ejemplos de ellas pueden ser: polipasto, motor de explosión interna (diesel o gasolina),

impresora de ordenador, bicicleta, cerradura, lavadora, video...

En las máquinas se emplean 2 tipos básicos de movimientos, obteniéndose el resto

mediante una combinación de ellos:

Movimiento giratorio, cuando el operador no sigue ninguna trayectoria (no se traslada),

sino que gira sobre su eje.

Movimiento lineal, si el operador se traslada siguiendo la trayectoria de una línea recta

(la denominación correcta sería rectilíneo).

Estos dos movimientos se pueden encontrar, a su vez, de dos formas:

Continuo, si el movimiento se realiza siempre en la misma dirección y sentido.

Alternativo, cuando el operador está dotado de un movimiento de vaivén, es decir,

mantiene la dirección pero va alternando el sentido.

2.2.6 Poleas

Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para

facilitar el contacto con cuerdas o correas.

En toda polea se distinguen tres partes: cuerpo, cubo y garganta.

El cuerpo es el elemento que une el cubo con la garganta. En algunos tipos de poleas

está formado por radios o aspas para reducir peso y facilitar la ventilación de las

máquinas en las que se instalan.

El cubo es la parte central que comprende el orificio por donde pasa el eje, permite

aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje. Suele incluir un

chavetero que facilita la unión de

la polea con el eje (para que ambos giren solidarios).

La garganta o canal es la parte que entra en contacto con la cuerda o la correa y está

especialmente diseñada para conseguir el mayor agarre posible. La parte más profunda

recibe el nombre de llanta. Puede adoptar distintas formas (plana, semicircular,

triangular...) pero la más empleada hoy día es la trapezoidal.


18

Figura II.13 Polea

Las poleas empleadas para tracción y elevación de cargas tienen el perímetro acanalado

en forma de semicírculo (para alojar cuerdas), mientras que las empleadas para la

transmisión de movimientos entre ejes suelen tenerlo trapezoidal o plano (en

automoción también se emplean correas estriadas y dentadas)

Figura II.14 formas de trasmisión

Básicamente la polea se utiliza para dos fines: cambiar la dirección de una fuerza

mediante cuerdas o transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro mediante correas.

Una polea simple es, básicamente, una polea que está unida a otro operador a través del

propio eje. Siempre va acompañada, al menos, de un soporte y un eje.

El soporte es el que aguanta todo el conjunto y lo mantiene en una posición fija en el

espacio. Forma parte del otro operador al que se quiere mantener unida la polea (pared,

puerta del automóvil, carcasa del video...).

El eje cumple una doble función: eje de giro de la polea y sistema de fijación de la polea al

soporte (suele ser un tirafondo, un tornillo o un remache).


19

Figura II.15 polea simple

La polea de gancho es una variación de la polea simple consistente en sustituir el soporte

por una armadura a la que se le añade un gancho; el resto de los elementos básicos

(eje, polea y demás accesorios) son similares a la anterior.

El gancho es un elemento que facilita la conexión de la "polea de gancho" con otros

operadores mediante una unión rápida y segura. En algunos casos se sustituye el gancho

por un tornillo o un tirafondo.

Figura II.16 Polea de gancho

2.2.6.1 Relación de velocidades en las poleas

La transmisión de movimientos entre dos ejes mediante poleas está en función de los

diámetros de estas, cumpliéndose en todo momento:

FiguraII.17 relación de velocidades

Donde:

D1 Diámetro de la polea conductora

D2 Diámetro de la polea conducida

N1 Velocidad de giro de la Polea Conductora


20

N2 Velocidad de giro de la Polea Conducida

Definiendo la relación de velocidades (i) como:

Este sistema de transmisión de movimientos tiene importantes ventajas: mucha fiabilidad,

bajo coste, funcionamiento silencioso, no precisa lubricación, tiene una cierta elasticidad...

Como desventaja se puede apuntar que cuando la tensión es muy alta, la correa puede

llegar a salirse de la polea, lo que en algunos casos puede llegar a provocar alguna avería

más seria.

2.2.6.2 Posibilidades del multiplicador de velocidades

Teniendo en cuenta la relación de velocidades que se establece en función de los

diámetros de las poleas, con una adecuada elección de diámetros se podrá aumentar

(D1>D2), disminuir (D1<D2) o mantener (D1=D2) la velocidad de giro del eje conductor en

el conducido.

Disminuir de la velocidad de giro

Si la Polea conductora es menor que la conducida, la velocidad de giro del eje conducido

será menor que la del eje conductor.

Figura II.18 Disminuir de la velocidad de giro

Mantener la velocidad de giro

Si ambas poleas tienen igual diámetro, las velocidades de los ejes serán también iguales


21

Figura II.19 Mantener la velocidad de giro

Aumentar la velocidad de giro

Si la Polea conductora tiene mayor diámetro que la conducida, la velocidad de giro

aumenta.

Figura II.20 Aumentar la velocidad de giro

2.2.6.3 Ejemplos

La relación de transmisión, como su nombre indica, es una relación de dos cifras, no una

división.

Ejemplo 1: Supongamos un sistema reductor de modo que:

n1 = velocidad de la polea motriz (entrada) es de 400 rpm.

n2 = velocidad de la polea conducida (entrada) es de 100 rpm.

En este caso, la relación de transmisión es:

i = n2/ n1 = 100/400 = ¼ (tras simplificar)

Una relación de transmisión 1:4 significa que la velocidad de la rueda de salida es cuatro

veces menor que la de entrada.

Ejemplo 2 : Supongamos un sistema multiplicador de modo que:

n1 = velocidad de la polea motriz (entrada) es de 100 rpm.

n2 = velocidad de la polea conducida (salida) es de 500 rpm.


22

En este caso, la relación de transmisión es:

i = n2/ n1 = 500/100 = 5/1 (tras simplificar)

Una relación de transmisión 5:1 significa que la velocidad de la rueda de salida es cinco

veces mayor que la de entrada. Nota que la relación es 5/1 y no 5, pues ambos número

nunca deben dividirse entre sí (todo lo más simplificarse).

La relación de transmisión también se puede calcular teniendo en cuenta el tamaño o

diámetro de las poleas.

i = d1/ d2

Donde

d1 = diámetro de la polea motriz (entrada).

d2 = diámetro de la polea conducida (salida).

Se puede calcular las velocidades de las poleas a partir de los tamaños de las mismas

n1·d1 = n2·d2

Expresión que también se puede colocar como…

n2/n1 = d1/d2

Ejemplo:

Tengo un sistema de poleas de modo que:

La polea de salida tiene 40 cm de diámetro y la de entrada 2 cm de diámetro. Si la polea

de entrada gira a 200 rpm

a) Halla la relación de transmisión

b) Halla la velocidad de la polea de salida

c) ¿Es un reductor o un multiplicador?

Datos:


23

n1 = velocidad de la polea entrada es de 200 rpm.

n2 = velocidad de la polea salida es la incógnita

d1 = diámetro de la polea entrada es 2 cm

d2 = diámetro de la polea salida es 40 cm

a) i = d1/ d2 = 2/40 = 1/20

b) n1·d1 = n2·d2 200 rpm·2 cm = n2·40 cm

n2 = (200·2)/40 = 400/40 = 10 rpm

c) Es un reductor porque la velocidad de la polea de

salida es menor que la velocidad de la polea de

entrada (n2 < n1).

2.2.7 Rodamientos

Los rodamientos son un tipo de soporte de ejes o cojinetes que emplean pequeños

elementos rodantes para disminuir la fricción entre las superficies giratorias, dado que la

resistencia de fricción por rodadura es menor que la resistencia de fricción por

deslizamiento.

Las ventajas del empleo de los rodamientos en lugar de los cojinetes de fricción son:

Menor fricción en los procesos transitorios (especialmente en el arranque)

Poseen capacidad para soportar cargas combinadas radiales y axiales

Exigen menor espacio axial.

La lubricación es más sencilla y pueden trabajar a mayores temperaturas sin

requerir mantenimiento riguroso.

Fundamentalmente son elementos estandarizados y fáciles de seleccionar

Sin embargo presentan algunas desventajas frente a sus contrapartes de fricción:

Tienen mayor peso.

Exigen mayor espacio radial

Su instalación posee algo de complejidad y dispositivos especiales.

Poseen una durabilidad menor en virtud de las altas tensiones que deben

soportar los elementos rodantes.


24

El principio básico de funcionamiento de un rodamiento, radica en la reducción de la

magnitud de la fuerza de rozamiento con la superficie base, introduciendo elementos

rodantes pequeños, en consecuencia la fuerza de fricción opuesta al movimiento es

mucho menor. Al introducir elementos rodantes se hace posible facilitar el movimiento

entre los elementos en contacto por las características de rodadura propias de estos.

Muchas veces, debido a esta circunstancia, estos elementos son llamados “cojinetes

antifricción” pero en realidad la fricción se halla siempre presente aunque en menor

magnitud.

En términos generales todos los rodamientos de contacto rodante están formados por las

partes constructivas que se muestran en la Figura II.33. Aún así, existen excepciones.

Algunos tipos de rodamientos no poseen sellos laterales, o por el contrario los tienen solo

en una cara, muchos otros no tienen la jaula o rejilla y están completamente llenos de

elementos rodantes. Algunos tipos de rodamientos no tienen anillo interior y ruedan

directamente sobre la superficie del eje.

Figura II.21 Descripción de un rodamiento típico

Existen diferentes tipos de rodamientos pero se pueden distinguir de acuerdo a la

geometría de los elementos rodantes en los siguientes grupos:


25

Rodamientos de bolas

Rodamientos de rodillos

Cilíndricos

Cónicos

Esféricos

Agujas

Los rodamientos de bolas son capaces de desarrollar velocidades más altas y los

rodamientos de rodillos pueden soportar cargas más altas. De acuerdo al tipo de carga

que deben soportar los rodamientos se dividen en

Rodamientos Radiales

Rodamientos Axiales

En la Figura II.22 se muestran algunos casos de rodamientos de bolas. Los rodamientos

de bolas de dos hileras poseen, razonablemente mayor capacidad de carga. Para

aumentar la capacidad de carga radial se suelen utilizar rodamientos con abertura de

entrada para bolas o los de contacto angular que permiten mayor número de bolas en

contacto por hilera. Sin embargo este incremento de la capacidad de carga radial se

produce a un costo de reducir la

Capacidad de carga axial. Para permitir desalineaciones considerables se utilizan

rodamientos autoalineantes.


26

Figura II.22 Rodamientos de bolas. (a) Rígido de una sola hilera (b) rígido de dos

hileras (c) de contacto angular (d) de contacto angular de dos hileras (e)

desmontable (f) oscilante (g) axial de simple efecto

Figura II.23 Rodamientos de rodillos. (a) De una sola hilera bajo diversas formas

constructivas (b) de dos hileras oscilante (c) oscilante de una hilera (d) cónico (e)

axial oscilante.

En la Figura II.23 se muestran algunos casos de rodamientos de rodillos. Los

rodamientos de rodillos cónicos permiten soportar cargas axiales, aunque en una sola

dirección, dado que en la otra se desmontan. Los rodamientos de agujas son los que

tienen mayor capacidad de carga, mientras que los rodamientos de tambores esféricos

oscilaciones angulares de los ejes que portan. En el Figura II.24 se muestra un caso de

rodamientos de agujas.


27

Figura II.24 Rodamientos de agujas. (a) esquema completo (b) apoyo directo en las

agujas (c) apoyo semidirecto de las agujas.

2.2.7.1 Vida útil de los Rodamientos

Mediante experimentos se ha comprobado que dos rodamientos idénticos, probados bajo

cargas radiales distintas F1

y F2, presentan duraciones medidas en revoluciones L

1 y L

2

que siguen la relación:

Expresión 1

(

)

Donde el exponente a vale 3 para los rodamientos de bolas y 10/3 para los rodamientos

de rodillos. Para continuar con el análisis de la vida útil de un rodamiento, es necesario

definir el parámetro “Capacidad básica de Carga (C)” como la carga radial constante que

puede soportar un grupo de rodamientos idénticos hasta una duración nominal de un

millón de revoluciones del anillo interior, suponiendo una carga estacionaria y el anillo

exterior fijo.

En virtud de la definición de este parámetro, la expresión (1) se puede escribir como la

expresión (2), con la cual se puede obtener la duración para una carga cualquiera

Expresión 2

(

)

Es usual que el fabricante proporcione la capacidad de carga para una vida útil a una

velocidad especificada. Así por ejemplo, la compañía Timken diseña los rodamientos que

fabrica para una vida útil de 3000 horas a una velocidad de 500 RPM. La vida

correspondiente en revoluciones se calcula como:

Expresión 3

Con este valor y con la capacidad de carga por catálogo, se puede hallar la duración para

una carga cualquiera.

Ahora bien si se denomina:

FR: Capacidad radial nominal de catálogo (kN)

- LR: Duración nominal de catálogo (horas)

- nR: Velocidad nominal de catálogo (RPM)

- FD: Carga de diseño radial (kN)


28

- LD: Duración de diseño (horas)

- nD: Velocidad de diseño (RPM)

Entonces para seleccionar un rodamiento del catálogo, tal que cumpla con las

condiciones de diseño, se deberá hallar un rodamiento cuya capacidad de carga (en el

catálogo) sea de

( )

√

Expresión 4

La expresión (2) suele escribirse de la siguiente manera

(

)

Expresión 5

Dando a entender que la vida L está normalizada con respecto al millón de revoluciones.

2.2.7.2 Vida Nominal Ajustada

Las expresiones (1) y (3) identifican la vida útil de un rodamiento tan solo en función de la

carga actuante, la cual es considerada en condiciones ideales de laboratorio. Sin embargo

existen otros factores basados en las condiciones y funcionamiento del rodamiento, así

como también material, confiabilidad, etc. De tal manera que la vida de nominal ajustada

se podrá obtener con la siguiente ecuación:

(

)

Expresión 6

Donde:

- a1 = factor de confiabilidad.

- a2 = factor de material.


29

- a3 = factor de condición de funcionamiento

Los valores de éstos factores están dados por los fabricantes en sus catálogos en forma

de gráficos y tablas, donde se explica la forma de hallarlos. Es muy importante entender

un aspecto en cuanto a la utilización de Lna

en vez de L, es decir, se presenta el problema

de cuándo, dónde y cómo utilizar uno u otro valor, siendo que ambos son válidos. Para

utilizar Lna

se debe observar que los factores pueden incrementar o disminuir el valor de L,

si la aplicación es de mucha responsabilidad, conocer y calcular Lna

permite incrementar

notablemente la duración o al contrario disminuirla, un mal cálculo de un factor a puede

ocasionar peligro. Entonces, se debe utilizar Lna

SOLO cuando la aplicación es “De alta

responsabilidad (automóviles, aviones, barcos, etc.)”. En consecuencia se deben

conocer en forma precisa: Lubricante (viscosidades y características), Material del

rodamiento, Tipo de funcionamiento, Contaminantes, Temperaturas. Para aplicaciones

comunes y de baja responsabilidad, es normal el uso de L como duración del rodamiento.

2.2.8 Engranes

Un engranaje es simplemente una rueda con dientes. Dos o más engranajes son

utilizados en combinación para transmitir movimiento entre dos ejes que rotan,

usualmente con un cambio de velocidad y torque (o fuerza de giro) y frecuentemente con

un cambio de dirección. La gran ventaja de los engranajes sobre otros métodos de

transmisión de potencia, tales como correas, cadenas o cuerdas, es que los engranajes

Pueden transmitir mayores fuerzas a altas velocidades. Además los engranajes lo hacen

de una manera suave y sin deslizarse. Los engranajes proveen una forma conveniente

y efectiva de transmitir movimiento y potencia que prácticamente se puede encontrar en

casi todo tipo de maquinaria. Su rango en tamaño puede variar desde pequeñísimos

engranajes en los mecanismos de los relojes y otros mecanismos delicados, hasta

enormes ruedas dentadas de varios metros de diámetro utilizados en algunas cajas de

engranajes industriales. Los engranajes son frecuentemente usados para transmitir

potencia entre un motor o cualquier otro tipo de generador de potencia, y una máquina.

Ellos permiten que tanto el motor y la máquina funcionen eficientemente. Por ejemplo, un

típico motor de un carro funciona más eficientemente cerca a las 4.000 r.p.m. Las ruedas

del vehículo tienen que girar mucho más lento que esta velocidad: aún a 110 kph las


30

ruedas giran a 1.000 r.p.m. Los engranajes en la caja de velocidades de un vehículo y la

transmisión proveen la reducción necesaria en velocidad.

Tipos de engranes

Por aplicaciones especiales se pueden citar:

• Planetarios

• Interiores

• De cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar:

• Transmisión simple

• Transmisión con engranaje loco

• Transmisión compuesta. Tren de engranajes

Transmisión mediante cadena o polea dentada

• Mecanismo piñón cadena

• Polea dentada

Características que definen un engranaje de dientes rectos

Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que

existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes

velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo

Nivel depende de la velocidad de giro que tengan.

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de

rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de

engranajes:

Ejes paralelos:

• Cilíndricos de dientes rectos

• Cilíndricos de dientes helicoidales

• Doble helicoidales

Ejes perpendiculares

• Helicoidales cruzados

• Cónicos de dientes rectos

• Cónicos de dientes helicoidales

• Cónicos hipoides


31

• De rueda y tornillo sinfín

Figura II. 25 Tipos de engranes

2.2.9 Levas

En ingeniería mecánica, una leva es un elemento mecánico hecho de algún material

(madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma

especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque,

mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor. Existen dos tipos de

seguidores, de traslación y de rotación.

La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plano o unión de

línea en caso del espacio. De ser necesario pueden agregarse dientes a la leva para

aumentar el contacto.


32

El diseño de una leva depende del tipo de movimiento que se desea imprimir en el

seguidor. Como ejemplos se tienen el árbol de levas del motor de combustión interna, el

programador de lavadoras, etc.

También se puede realizar una clasificación de las levas en cuanto a su naturaleza. Así,

las hay de revolución, de translación, desmodrómicas (éstas son aquellas que realizan

una acción de doble efecto), etc.

Figura II.26 Levas

2.2.10 Fundamentos de la tribología

La Tribología se centra en el estudio de tres fenómenos; la fricción entre dos cuerpos en

movimiento, el desgaste como efecto natural de este fenómeno y la lubricación como un

medio para evitar el desgaste.

Aplicaciones

La Tribología está presente en prácticamente todos los aspectos de la maquinaría,

motores y componentes de la industria en general. Los componentes tribológicos mas

comunes son:

• Rodamientos

• Frenos y embragues

• Sellos

• Anillos de pistones

• Engranes y Levas


33

Las aplicaciones más comunes de los conocimientos tribológicos, aunque en la práctica

no se nombren como tales, son:

• Motores eléctricos y de combustión (componentes y funcionamiento)

• Turbinas

• Extrusión

• Rolado

• Fundición

• Forja

• Procesos de corte (herramientas y fluidos)

• Elementos de almacenamiento magnético

• Prótesis articulares (cuerpo humano)

La aplicación de los conocimientos de la Tribología en estas prácticas deriva en:

• Ahorro de materias primas

• Aumento en la vida útil de las herramientas y la maquinaría

• Ahorro de recursos naturales

• Ahorro de energía

• Protección al medio ambiente

• Ahorro económico

2.2.11 Lubricación

El lubricante reduce el rozamiento. También impide el desgaste y la corrosión. El

lubricante forma una película entre las superficies de rodadura, con lo cual se evita el

contacto metal-metal, incluso con carga elevada. Las propiedades que debemos tener en

cuenta a la hora de seleccionar un lubricante son, fundamentalmente, la viscosidad

(aceite) y la consistencia (grasa). La viscosidad es la facilidad con la que fluye un líquido.

La consistencia es el grado de rigidez de una grasa. De acuerdo a las características del

lugar donde se va a aplicar, a la temperatura, a la carga, a la velocidad, etc., será la

elección que hagamos. El 90% de los rodamientos son lubricados con grasa, ya que

requiere un sistema más sencillo y barato, tienen mejor adhesión y protección contra la

humedad y los contaminantes del ambiente de trabajo. Sin embargo, cuando la velocidad

es muy elevada, o cuando es necesario evacuar el calor del rodamiento, se prefiere el


34

aceite. Las máquinas-herramienta, los motores de combustión, las transmisiones

hidráulicas y los accionamientos neumáticos precisan sistemas lubricantes y refrigerantes

adaptados a sus peculiaridades.

La refrigeración y la lubricación constituyen, junto con el accionamiento y la regulación, los

principales sistemas que integran una máquina y que permiten su funcionamiento bajo

unas determinadas condiciones de servicio.

Caracteristicas de los lubricantes

Funciones Generales de Lubricantes

Lubricar

Limpiar

Enfriar

Proteger contra la herrumbre y corrosión

Reducir ruidos y vibraciones

Mezcla científicamente balanceada de:

Aditivos

- Antidesgaste

- Antiespumante

- Extrema Presión

- Inhibidores de la Oxidación

- Detergentes

- Dispersantes,

- Minerales

- Sintéticos

Aceites Básicos


35

Clasificación de los básicos

Tabla 1 categoría API de aceite básico

Clasificación API de los Aceites Básicos

Básicos del Grupo I

Los Básicos del Grupo I son los que se obtienen de la primera refinación del petróleo, es

decir, se consiguen mediante procesos menos severos que los aceites de los Grupos II ó

III.

_ Azufre: 0.1 a 1 %

_ Saturados: 65 al 80 %

_ I.V. 90 a 100

Básicos del Grupo II

Los Básicos del Grupo II son los obtenidos mediante un hidroprocesamiento o

hidroterminado que convierten los elementos no deseados en el aceite en componentes

más estables.

_ Azufre: Menor a 0.03 %

_ Saturados: Generalmente de 98 a 99 %

_ I.V. 95 a 105

Básicos del Grupo III

Los Básicos del Grupo III se producen al utilizar hidroprocesados más severos que los

aceites del Grupo II y como resultado se tienen índices de viscosidad más altos y son

considerados como aceites sintéticos de procedencia mineral.


36

_ Azufre: Menor a 5 ppm

_ Saturados: 99 al 100 %

_ I.V. 120 a 130

Básicos del Grupo IV

Los Básicos del Grupo IV son todas las polialfaolefinas (PAO’s). Estos son aceites

básicos totalmente sintéticos que no contienen azufre, fósforo o metales.

_ Azufre: 0.00 %

_ Saturados: 100 %

_ I.V. 127 a 130

Básicos del Grupo V

Comprende aquellos aceites básicos no incluidos en ninguna de las otras categorías. Por

ejemplo:

_ Nafténicos

_ Esteres

_ Polialquilenglicoles (PAG)

_ Alkilbenzenos

Tabla 2 Características de bases lubricantes


37

2.3 Sistemas hidráulicos y neumáticos

2.3.1 Sistema hidráulico

Hidráulica La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; su

estudio es importante ya que nos posibilita analizar las leyes que rigen el movimiento de

los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. También,

mediante el cálculo matemático, el diseño de modelos que a pequeña escala y la

experimentación con ellos, es posible determinar las características de construcción que

deben de tener presas, puertos, canales, tuberías y maquinas hidráulicas como el gato y

la prensa. Se divide en dos partes, como ya señalamos, la Hidrostática tiene por objetivo

estudiar los líquidos en reposo

Figura II.27 la mecánica de los fluidos

Se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, Pascal y la paradoja

hidrostática de Stevin, mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por

los fluidos y al estudio de sus características generales. La Hidrodinámica estudia el

comportamiento de los líquidos en movimiento. Para ello considera, entre otras cosas: la

velocidad, la presión, el flujo y el gasto liquido.

Características de los líquidos: viscosidad, tensión superficial, cohesión,

adherencia y capilaridad.

Viscosidad. Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras

cuando un líquido fluye. Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como una medida

de la resistencia que opone un líquido al fluir.

Cohesión

Es la fuerza que mantenga unidas a las moléculas de una misma sustancia, Por la fuerza

de cohesión. Si dos gotas de agua se juntan forman una sola; lo mismo sucede con dos

gotas de mercurio.


38

Adherencia.

La adherencia es la fuerza de atracción que se mantifiesta entre las moléculas de dos

sustancias diferentes en contacto, comúnmente las sustancias liquidas se adhieren a los

cuerpos sólidos.

Capilaridad.

La capilaridad se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida,

especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados

capilares.

Densidad y peso específico

La densidad p de una sustancia, también llamada masa especifica, es una propiedad

característica o intensiva de la materia y expresa la masa contenida de dicha sustancia en

la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el

volumen que ocupa.

Pe = P/V

Presión, presión hidrostática, presión atmosférica, presión manométrica y presión

absoluta

Presión

La presión inicia la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. En

cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuará en forma perpendicular sobre

una superficie. Matemáticamente la presión se expresa por:

P=F/A

Donde P = Presión en N/m2 = Pascal

F = Valor de la fuerza perpendicular a la superficie en newtons (N) A = Area o superficie

sobre la que actúa la fuerza en metros cuadrados

Presión Atmosférica.

La tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmosfera. El aire, que es una mezcla

de 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una

presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, la cual es llamada presión

atmosférica.


39

Presión manométrica y presión absoluta

Un líquido contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por su peso

soporta la presión atmosférica, la cual se transmite uniformemente por todo el volumen

del líquido.

Principio de Arquímedes.

Cuando un cuerpo se sumerge en un liquido (recuerda que los líquidos y los gases son

fluidos), se observa que dicho fluido ejerce una presión vertical ascendente sobre él. Lo

anterior se comprueba al introducir una pelota en agua, la pelota es empujada hacia

arriba, por ello, se debe ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantenerlo sumergida.

De igual forma, hemos notado que al introducirnos en una alberca sentimos una aparente

pérdida de peso debido al empuje recibido por el agua. Principio de Arquímedes.- Todo

cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido

desalojado.

E=PeV

2.3.2 Sistema Neumático

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión

de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material

elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y

devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la los gases

ideales.

Producción y tratamiento de aire comprimido

El aire comprimido, por el hecho de comprimirse, comprime también todas las impurezas

que contiene, tales como polvo, hollín, suciedad, hidrocarburos, gérmenes y vapor de

agua. A estas impurezas se suman las partículas que provienen del propio compresor,

tales como polvo de abrasión por desgaste, aceites y aerosoles y los residuos y depósitos

de la red de tuberías, tales como óxido, residuos de soldadura, y las substancias

hermetizantes que pueden producirse durante el montaje de las tuberías y accesorios.


40

Figura II.28 Componentes de un sistema neumático básico

Producción

1. compresor 2. Motor eléctrico 3. Presostato 4. Válvula anti-retorno 5. Deposito

6. Manómetro 7. Purga automática 8. Válvula de seguridad 9. Secador de aire 10. Filtro

de línea

Utilización

1. Purga de aire 2. Purga automática 3. Unidad de acondicionamiento del aire

4. válvula direccional 5. Actuador 6. Controlador de velocidad

Elementos de un sistema neumático

En todo sistema neumático se pueden distinguir los siguientes elementos:

· Elementos generadores de energía. Tanto si se trabaja con aire como con un líquido, se

ha de conseguir que el fluido transmita la energía necesaria para el sistema. En los

sistemas neumáticos se utiliza un compresor, mientras que en el caso de la hidráulica se

recurre a una bomba. Tanto el compresor como la bomba han de ser accionados por

medio de un motor eléctrico o de combustión interna.

· Elemento de tratamiento de los fluidos. En el caso de los sistemas neumáticos, debido a

la humedad existente en la atmósfera, es preciso proceder al secado del aire antes de su

utilización; también será necesario filtrarlo y regular su presión, para que no se

introduzcan impurezas en el sistema ni se produzcan sobrepresiones que pudieran

perjudicar su funcionamiento. Los sistemas hidráulicos trabajan en circuito cerrado, y por

ese motivo necesitan disponer de un depósito de aceite y también, al igual que en los

sistemas neumáticos, deberán ir provistos de elementos de filtrado y regulación de

presión. · Elementos de mando y control. Tanto en sistemas neumáticos como en

hidráulicos, se encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al fluido

en el compresor o en la bomba hacia los elementos actuadores. · Elementos actuadores.


41

Son los elementos que permiten transformar la energía del fluido en movimiento, en

trabajo útil. Son los elementos de trabajo del sistema y se pueden dividir en dos grandes

grupos: cilindros, en los que se producen movimientos lineales y motores, en los que

tienen lugar movimientos rotativos.

Introducción al mando neumático

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de

mando y elementos de trabajo.

Mandos elementales

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de

mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases

de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.

Para el tratamiento de la información de mando es preciso emplear aparatos que

controlen y dirijan el fluido de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie

de elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo

del aire comprimido. En los principios de la automatización, los elementos rediseñados se

mandan manual o mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba

efectuar el mando a distancia, se utilizan elementos de comando por símbolo neumático

(cuervo).


42

Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación de estos elementos, se

emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos, electro-neumáticos y

automáticos que efectúan en su totalidad el tratamiento de la información y de la

amplificación de señales. La gran evolución de la neumática y la hidráulica ha hecho, a su

vez, evolucionar los procesos para el tratamiento y amplificación de señales, y por tanto,

hoy en día se dispone de una gama muy extensa de válvulas y distribuidores que nos

permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las necesidades. Hay veces que el

comando se realiza manualmente, y otras nos obliga a recurrir a la electricidad (para

automatizar) por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son importantes y no

existen circunstancias adversas

2.3.3 Electroneumática

En electroneumática, la energía eléctrica substituye a la energía neumática como el

elemento natural para la generación y transmisión de las señales de control que se ubican

en los sistemas de mando. Los elementos nuevos y/o diferentes que entran en juego

están constituidos básicamente para la manipulación y acondicionamiento de las señales

de voltaje y corriente que deberán de ser transmitidas a dispositivos de conversión de

energía eléctrica a energía neumática para lograr la activación de los actuadores

neumáticos.

Dispositivos eléctricos

El conjunto de elementos que debemos de introducir para lograr el accionamiento de los

actuadores neumáticos son básicamente:

* Elementos de retención

* Interruptores mecánicos de final de carrera.

* Relevadores.

* Válvulas electroneumáticas

2.3.4 Electrohidráulica

Es la aplicación donde se combinan dos importantes ramos de la automatización como

son la hidráulica (manejo de fluidos) y electricidad y/o electrónica. Esto es muy importante

ya que contribuye en la automatización. Principalmente a la industria y a la sociedad en

aspectos importantes ya que contribuye en la automatización como el manejo de

diferentes fluidos para el funcionamiento de muchas empresas que usan los equipos

automatizados.


43

La diferencia que existe en el área de diseño de circuitos es poca entre la neumática y la

hidráulica. La robustez los elementos hidráulicos. Como es de suponerse, es mayor que

en los neumáticos. Dispositivos de seguridad y el empleo de bombas en vez de

compresores estas son algunas diferencias.

Sus ventajas: Mediana fuerza (porque se pueden lograr fuerzas mucho más altas con la

hidráulica). Altas velocidades de operación. Menos riesgos de contaminación por fluidos

(especialmente si se utiliza en la industria de alimentos o farmacéutica).

Desventajas: alto nivel sonoro. No se pueden manejar grandes fuerzas. El uso del aire

comprimido, si no es utilizado correctamente, puede generar ciertos riesgos para el ser

humano. Altos costos de producción del aire comprimido.

2.4 Motores de corriente directa (DC)

Los motores de corriente directa son maquinas DC utilizadas como motores. Hubo varias

razones para la popularidad prolongada de los motores DC. Una fue que los sistemas de

potencia DC son comunes aun en los automóviles, camiones y aviones.

Los motores DC se comparan frecuentemente por sus regulaciones de velocidad.

Los motores DC son, claro está, accionados por una fuente de potencia DC. A menos que

se especifique otra cosa, se supone que el voltaje de entrada es constante, puesto que

esta suposición simplifica el análisis de los motores y la comparación entre los diferentes

tipos de ellos. Hay 5 clases principales de motores dc de uso general:

1. el motor DC de excitación separada.

2. el motor DC con excitación en derivación.

3. el motor DC de imán permanente

4. el motor DC serie.

5. el motor compuesto.

Motor en derivación

Un motor DC en derivación es aquel cuyo circuito de campo se obtiene su potencia

directamente de las terminales del inducido del motor. se supone que el voltaje de

alimentación al motor es constante.


44

Una característica de las terminales de una maquina es una grafica de las cantidades de

salida son el par al eje y la velocidad; por tanto, su característica de los terminales es una

grafica del par contra la velocidad en su salida.

Es importante tener en cuenta que, para una variación lineal de la velocidad del motor con

respecto al par, los otros términos de esta expresión deben permanecer constantes

cuando cambia la carga.

Se supone que el voltaje en las terminales, suministrado por la fuente de potencia dc, es

constante, las variaciones de voltaje afectaran la forma de la curva par-velocidad.

La reacción del inducido es otro efecto interno del motor que también

Puede afectar la forma de la curva par-velocidad. Si un motor presenta reacción del

inducido, el efecto de debilitamiento del flujo reduce el flujo en la maquina a medida que

aumenta la carga.

Si un motor tiene devanados de compensación, es claro que no se presentaran los

problemas de debilitamiento del flujo de la maquina, y este será constante.

Si un motor DC en derivación tiene devanados de compensación tal que su flujo es

constante, independientemente de la carga, y se conocen la velocidad y la corriente del

inducido del motor para cualquier valor de la carga, es posible calcular su velocidad para

cualquier otro valor de esta, mientras que se conozca o pueda determinarse la corriente

del inducido.

2.4.1 Control de velocidad en motores DC

Existen 2 métodos comunes y otro menos común. Las 2 formas comunes utilizadas para

controlar la velocidad de una maquina DC en derivación son:

1. ajustando la resistencia de campo rf (y, por tanto, el flujo del campo).

2. ajustando el voltaje en las terminales, aplicado al inducido.

El método menos común de control de la velocidad es

3. insertando una resistencia en serie con el circuito del inducido.

Motor DC serie

Un motor DC serie es un motor cuyo devanado de campo relativamente consta de unas

pocas vueltas conectadas en serie con el circuito del inducido. en un motor DC serie, la

corriente del inducido, la corriente de campo y la corriente de línea son iguales.

Par inducido en un motor DC serie


45

La característica en terminales de un motor DC serie es muy diferente de la del motor DC

en derivación estudiado anteriormente. El comportamiento básico de un motor básico de

un motor DC serie se debe al hecho de que el flujo es directamente proporcional a la

corriente del inducido al menos hasta llegar a la saturación. Cuando se incrementa la

carga del motor, también aumenta su flujo. Como se estudio al principio, un aumento de

flujo en el motor ocasiona una disminución en su velocidad; el resultado es una caída

drástica en la característica de par-velocidad de un motor en serie. Es fácil observar que

un motor serie más par por amperio que cualquier otro motor DC,

El motor serie se utiliza en aplicaciones que requieren pares muy altos. Ejemplos de tales

aplicaciones son los motores de arranque en vehículos automotores, motores de

elevadores y motores de tracción en locomotoras.

Característica en las terminales de un motor DC serie

Para determinar la característica en las terminales de un motor DC serie, el análisis se

basara en la premisa de que la curva de magnetización es lineal, y luego se consideraran

los efectos de la saturación en un análisis grafico. Cuando el par de este motor tiende a

cero, su velocidad tiende a infinito.

En la práctica el par nunca puede llegar a cero debido a que es necesario contrarrestar

las perdidas mecánicas, en el núcleo.

Sin embargo, si no se conecta otra carga al motor, este puede girar con demasiada

rapidez y producir un daño severo. Nunca descargue por completo un motor serie ni

conecte uno de ellos a una carga mediante una correa u otro mecanismo que pudiera

romperse. si ocurriera eso y el motor llegase a quedar sin carga mientras esta girando, el

resultado podría ser grave.

Control de velocidad de motores DC serie

A diferencia del motor DC en derivación, hay solo una forma eficiente de variar la

velocidad de un motor DC serie: cambiar el voltaje en las terminales del motor.

La velocidad de los motores DC serie puede ser controlada también insertando una

resistencia en serie en el circuito del motor, pero esta técnica despilfarra potencia y solo

se utiliza en periodos intermitentes durante el arranque de algunos motores.


46

Motor compuesto (motor compound)

Un motor DC compuesto es aquel que tiene campo en derivación y campo en serie. En

tal motor se marcan en las 2 bobinas de campo tienen el mismo significado que los

marcados en un transformador: la corriente que fluye hacia dentro, por el punto, produce

una fuerza magnetomotriz positiva. Si la corriente fluye hacia dentro por los puntos

marcados en las 2 bobinas de campo, las fuerzas magnetomotrices resultantes se suman

para producir una fuerza magnetomotriz total mayor. Esta situación se conoce como

composición acumulativa. Si la corriente de una bobina de campo fluye hacia dentro por el

punto, mientras que la corriente de la otra bobina de campo sale por el punto, las fuerzas

magnetomotrices se restan. Los puntos redondos corresponden a la composición

acumulativa del motor y los cuadrados, a la composición diferencial.

Característica par-velocidad de un motor DC compuesto acumulativo

En el motor DC compuesto acumulativo hay una componente de flujo que es constante y

otra componente que es proporcional a la corriente del inducido (y, por tanto, su carga).

Por consiguiente, el motor acumulativo tiene un par de arranque mayor que un motor en

derivación (cuyo flujo es constante), pero menor par de arranque que un motor serie (cuyo

flujo total es proporcional a la corriente del inducido).

Característica par-velocidad de un motor DC compuesto diferencial

En un motor DC compuesto diferencial, las fuerzas magnetomotrices del campo en

derivación y del campo serie se restan una de otra. Esto significa que cuando la carga

aumenta en el motor ia se incrementa y el flujo en el motor disminuye, la velocidad del

motor aumenta. Este aumento de velocidad causa otro incremento en la carga, el cual

eleva mas a ia disminuye más el flujo e incrementa de nuevo la velocidad. Como resultado

de esto, el motor compuesto diferencial es inestable y tiende a embalarse. Esta

inestabilidad es peor que la de un motor en derivación con reacción del inducido. Es tan

mala que un motor compuesto diferencial es inadecuado para cualquier aplicación.

Control de velocidad en el motor DC compuesto acumulativo

Las técnicas disponibles para controlar la velocidad de un motor DC compuesto

acumulativo son iguales a las empleadas en el motor en derivación:

1. cambio de la resistencia de campo rf.

2. cambio del voltaje del inducido va.


47

3. cambio de la resistencia del inducido ra.

Los argumentos que describen los efectos del cambio en rf o en va son muy similares a los

expuestos anteriormente para el motor en derivación.

En teoría, el motor DC compuesto diferencial podría ser controlado de manera semejante,

pero esto poco importa, puesto que el motor compuesto diferencial casi nunca se utiliza.

2.5 Motores de corriente alterna (CA)

Las maquinas de corriente alterna (AC), son los motores que convierten energía eléctrica

AC en energía mecánica. Aunque los principios fundamentales de las maquinas de

corriente alterna son muy simples, parecen un tanto difíciles por la construcción

complicada de las maquinas reales.

Existen dos casos de maquinas de corriente alterna: las maquinas sincrónicas y las

maquinas de inducción. Las maquinas sincrónicas son motores y generadores cuya

corriente de campo magnético es suministrada por una fuente DC separada, mientras que

las maquinas de inducción son motores y generadores cuya corriente de campo

magnético es suministrada por inducción magnética (acción transformadora) en sus

devanados de campo. Los circuitos de campo de la mayoría de las maquinas sincrónicas

y de inducción están localizados en sus rotores.

Los motores de inducción monofásicos pueden ser clasificados de mejor a peor, en

términos de sus características de arranque y de operación.

1. motor de capacitor de arranque-capacitor de marcha

2. motor de arranque por capacitor

3. motor con capacitor dividido permanente

4. motor de fase partida

5. motor de polo sombreado

Existen 3 técnicas para arrancar estos motores monofásicos de inducción, que se

clasifican de acuerdo con los métodos utilizados para producir su par de arranque.

1. devanados de fase partida

2. devanados con capacitor

3. polos estatoricos sombreados


48

Estas 3 técnicas de arranque son métodos para lograr que uno de los dos campos

magnéticos giratorios sea más fuerte que el otro en el motor y, en consecuencia, dar a

este un apoyo inicial en una u otra dirección.

Control de velocidad en motores de inducción monofásicos

La velocidad de los motores de inducción monofásicos se puede controlar de la misma

manera que en los motores de inducción polifásicos. Para motores de rotor de jaula de

ardilla, están disponibles las siguientes técnicas:

1. variación de la frecuencia estatorica.

2. cambio del numero de polos

3. cambio del voltaje aplicado a las terminales vt.

Motor jaula de ardilla

En todo motor eléctrico podemos distinguir dos partes: rotor y estator. El rotor está fijado a

un eje (ver figuraII.4), e introducido dentro del estator mediante rodamientos, de forma

que puede girar libremente.

Figura II.29 constitución del motor jaula de ardilla

El rotor se construye con barras cortocircuitadas eléctricamente por medio de anillos en

los extremos formando la denominada jaula de ardilla (ver figura II.30). Cuando el motor

se conecta a una fuente de suministro trifásica, el estator induce unas corrientes en las

barras del rotor. La interacción del campo magnético generado entre el rotor y el estator

origina el par y por tanto la rotación del rotor.


49

Al final del eje del rotor se fija un ventilador, encargado de refrigerar el interior del motor

cuando este está girando.

Figura II.30 constitución del rotor

El estator se construye con acero perforado y montado como un cilindro hueco, la parte

interior es un armazón de hierro fundido o aluminio (ver figura II.32). Unas bobinas

distribuidas en tres fases se distribuyen en las ranuras del interior de la circunferencia.

Cada una de las tres bobinas del estator tiene dos mitades, colocadas en posiciones

diagonalmente opuestas respecto al estator. Las bobinas estén desfasadas 120º entre sí,

(estas bobinas están representadas en la figura II.31). El sentido de arrollamiento de las

bobinas es tal que, cuando la corriente pasa a través de ellas, se induce un campo

magnético a través del rotor. En este caso, cada bobina tiene dos polos, con lo que el

motor será bipolar.

Figura II.31 estator


50

Figura II.32 cableado de un estator de dos polos

Velocidades síncronas

Cuando se incrementa la velocidad del motor, la diferencia entre la velocidad del campo

en el estator y las barras del rotor es menor, lo que reduce el campo rotórico, y en

consecuencia el par disminuye. Cuando se alcanza la velocidad del campo del estator no

hay campo inducido en el rotor y el par generado es cero. Estamos en la llamada

velocidad de sincronismo del motor. En la figura II.33 aparecen las diferentes

velocidades de sincronismo de acuerdo con el número de polos del estator para una

frecuencia de suministro de 50hz.

Figura II.33 velocidad de sincronismo

Según el número de polos


51

Cuando aumenta el par de la carga, la velocidad del rotor decrece con lo que aumenta el

deslizamiento. Esto provoca que el flujo del estator corte las barras del rotor a mayor

velocidad, con lo que se incrementa la corriente en el rotor y el par. Sin embargo, con el

incremento de la corriente del motor se produce una caída de tensión suplementaria en la

bobinas del estator, la cual provocará un debilitamiento del campo en el estator.

En la figura II.34 se muestra una curva típica de par /velocidad cuando el motor es

excitado con una fuente de alimentación trifásica.

Figura II.34 curva típica par /velocidad

Con deslizamientos altos, la velocidad del campo magnético que corta el rotor aumenta,

así como la corriente que circula por él. Esto se ve reflejado en un aumento en la corriente

del estator. Como en el instante inicial el rotor está inmóvil y alimentado con una

frecuencia de suministro de 50hz, la corriente en el estator puede alcanzar entre 6 y 10

veces la corriente nominal a plena carga. En la figura II.34 se muestra la curva típica de

corriente y velocidad en un motor de inducción de jaula de ardilla.

Incluso cuando el motor está sin carga y girando cerca de la velocidad de sincronismo,

absorbe una significativa cantidad de corriente de naturaleza reactiva, destinada a la

magnetización de la máquina. Estas componentes de magnetización crean el flujo en el

motor. Esta es la razón por la que un motor siempre funciona con un factor de potencia

por debajo de la unidad, típicamente 0.86 a plena carga.


52

Motor de rotor bobinado: en este tipo de motores, en el rotor se introduce un bobinado

trifásico (ver figura II.35). El bobinado del rotor se puede conectar al exterior por medio de

escobillas y anillos rozantes. Este tipo de motores pueden tener resistencias exteriores

colocadas en el circuito del rotor, lo que permite reducir la corriente absorbida, reduciendo

la saturación en el hierro y permitiendo un incremento en el par de arranque. Con forme la

velocidad del rotor aumenta el valor de las resistencias se reduce hasta llegar a cero, lo

que permite mantener un par alto. La figura II.36 muestra la curva característica de par y

velocidad cuando varían las resistencias del rotor.

Figura II.35 motor de rotor bobina

Figura II.36 evolución de la curva par-velocidad variando la resistencia rotórica

Motor de rotor de doble jaula: en este tipo de motor el rotor tiene dos secciones, la

exterior está diseñada con un material de resistencia más elevada que la interior. Cuando

el motor está funcionando a baja velocidad (mientras arranca), la frecuencia de


53

deslizamiento es alta y la corriente del rotor tiende a circular por la cara exterior (debido al

efecto piel), con lo que la resistencia efectiva es mayor y en consecuencia aumenta el

par de arranque. Cuando la velocidad del rotor aumenta, la frecuencia de deslizamiento

decrece, y la corriente del rotor circula por la zona de baja resistencia del rotor, de forma

que las pérdidas energéticas son menores.

En principio un motor de jaula de ardilla es un motor de velocidad fija, pero que puede ser

controlada actuando sobre el número de polos, y la frecuencia de suministro a la que está

conectado.

La ecuación de la velocidad de un motor es:

Donde:

n = velocidad del motor en revoluciones por minuto

f = frecuencia de suministro al motor el Hz.

p = numero de polos en el estator

s = deslizamiento del motor en revoluciones por minuto

De esta ecuación, puede verse que la velocidad puede ser variada de tres formas

diferentes:

a) cambiando el número de polos Esto requiere un motor con doble bobinado, y

además la velocidad no varía de forma continua sino que se produce un salto de una

velocidad a otra. Por ejemplo, un motor de 2/8 polos conectado a 50hz tiene dos

velocidades de sincronismo: 3000 y 750 r.m.p.

b) cambiando el deslizamiento Esto puede hacerse variando la tensión suministrada

al motor, lo que provoca que la curva de par velocidad disminuya causando un mayor

deslizamiento conforme aumenta la carga en el motor. En general, la reducción de par es

proporcional al cuadrado de la reducción de voltaje. Ver figura II.36


54

Para trabajar correctamente, este método requiere una carga con una característica

creciente de par y velocidad. Cualquier variación en la carga causara una variación en la

velocidad del motor.

Figura II.37 variación de velocidad actuando sobre el deslizamiento

c) variando la frecuencia de suministro del motor. Este método es el utilizado por los

controladores de velocidad electrónicos. La figura II.37 muestra la familia de curvas par-

velocidad cuando se modifica la frecuencia de alimentación. Este es el mejor método para

el control de la velocidad, por las siguientes razones:

- se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades.

- se dispone de una variación continua (sin saltos) de la velocidad, que puede ser

controlada eléctricamente vía señales de control tales como 0-10vdc o 4-20ma. Esto

hace que los variadores de velocidad para motores de ca sean ideales para los

procesos de automatización.

- el par disponible en el motor es constante, incluso a bajas velocidades. Esto nos da la

posibilidad de trabajar con cualquier tipo de carga.

- se puede trabajar con frecuencias superiores a 50hz.


55

Campos de aplicación de los motores asíncronos

Tabla II.3 Aplicación de los motores industriales.

2.5.1 Variadores de velocidad para motores de (CA)

Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad

síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de CA

suministrada y el número de polos en el estator, de acuerdo con la relación:

rpm

Donde:

RPM = Revoluciones por minuto

f = frecuencia de suministro CA (Hercio)

p = Número de polos (dimensional)

Las cantidades de polos más frecuentemente utilizadas en motores síncronos o en Motor

asíncrono son 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación citada, resultarían en 3000

RPM, 1500 RPM, 1000 RPM y 750 RPM respectivamente para motores sincrónicos

únicamente y a la frecuencia de 50 Hz. Dependiendo de la ubicación geográfica funciona

en 50Hz o 60Hz.


56

En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores por el

propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo entre

la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida") comparativamente

con la cantidad de RPM's del campo magnético (las cuales si deberían cumplir la

ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en motores asíncronos)

debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que lo aventaja siempre en

velocidad (de lo contrario el motor dejaría de girar en los momentos en los que alcanzase

al campo magnético)

Ejemplo

Un sistema de variador de frecuencia (VFD) consiste generalmente en un motor de CA, un controlador y una interfaz operadora.

Figura II. 38 Relación par-velocidad para un variador de velocidad.

Motor del VFD El motor usado en un sistema VFD es normalmente un motor de inducción

trifásico. Algunos tipos de motores monofásicos pueden ser igualmente usados, pero los

motores de tres fases son normalmente preferidos. Varios tipos de motores síncronos

ofrecen ventajas en algunas situaciones, pero los motores de inducción son más

apropiados para la mayoría de propósitos y son generalmente la elección más económica.

Motores diseñados para trabajar a velocidad fija son usados habitualmente, pero la

mejora de los diseños de motores estándar aumenta la fiabilidad y consigue mejor

rendimiento del VFD. (Variador de frecuencia)

Controlador del VFD El controlador de dispositivo de variación de frecuencia está formado

por dispositivos de conversión electrónicos de estado sólido. El diseño habitual primero

convierte la energía de entrada CA en CC usando un puente rectificador. La energía

intermedia CC es convertida en una señal casi-sinoidal de CA usando un circuito inversor

conmutado. El rectificador es usualmente un puente trifásico de diodos, pero también se

usan rectificadores controlados. Debido a que la energía es convertida en continua,


57

muchas unidades aceptan entradas tanto monofásicas como trifásicas (actuando como un

convertidor de fase, un variador de velocidad).

Figura II.39 forma física de un variador de frecuencia CA

2.6 Diseño asistido por computadora (CAD)

CAD significa Diseño Asistido por Computadora o Computer Aided Design, según la

denominación en inglés y que da lugar a la sigla. El CAD se desarrolló en los años 60 y

hoy es el método más generalmente adoptado para diseñar y optimizar el desarrollo de

productos de la más diversa naturaleza. La industria usa herramientas CAD para el diseño

de prácticamente todos los productos que usted ve y usa a diario.

El proceso de diseño en CAD consiste en cuatro etapas.

Modelado geométrico. Se describe como forma matemática o analítica a un objeto

físico, el diseñador construye su modelo geométrico emitiendo comandos que

crean o perfeccionan líneas, superficies, cuerpos, dimensiones y texto; que dan a

origen a una representación exacta y completa en dos o tres dimensiones. El

representado en línea abarca todas las aristas del modelo que se pueden

considerar como líneas llenas dando como resultado una imagen ambigua ya que

algunas veces las formas son complicadas y para facilitarlo se pueden usar los

colores para distinguir las líneas de las piezas y tener una mejor visualización. Sus

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Small_VFD_2.jpg?uselang=es


58

estructuras se representan en 2, 2 ½ y dimensiones. Cuando hablamos de 2 ½ se

utiliza la transformación de la extrusión (sweept), moviendo el objeto de 2-D a lo

largo del eje z.

Análisis y optimización del diseño. Después de haber determinado las propiedades

geométricas, se somete a un análisis ingenieril donde podemos analizar las

propiedades físicas del modelo (esfuerzos, deformaciones, deflexiones,

vibraciones). Se disponen de sistemas de calendarización, con la capacidad de

recrear con exactitud y rapidez esos datos.

Revisión y evaluación del diseño. En esta etapa importante se comprueba si existe

alguna interferencia entre los diversos componentes, en útil para evitar problemas

en el ensamble y el uso de la pieza. Para esto existen programas de animación o

simulaciones dinámicas para el cálculo de sus tolerancias y ver que

requerimientos son necesarios para su manufactura.

Documentación y dibujo (drafting). Por último, en esta etapa se realizan planos de

detalle y de trabajo.

2.6.1 Diseño Solidworks

Figura II.40 imagen generada en solidworks

SolidWorks es un software CAD (diseño asistido por ordenador), desarrollado por

SolidWorks Corporation, adquirida en 1997 por Dassault Systemes SA. Opera bajo


59

sistemas operativos Windows. Se utiliza para la creación de formas tridimensionales a

partir de formas geométricas básicas; mediante un sistema de geometría paramétrica y

totalmente personalizable. La creación de un sólido o superficie normalmente comienza

con el diseño de un bosquejo en 2D o 3D.

2.6.2 Diseños CAM

El diseño CAM es una metodología de diseño de productos en los que se incluye la

participación activa de un computador. El término CAM proviene de las siglas en lengua

inglesa para Computer Aided Manufacturing, que traducido al español se entiende como

“fabricación asistida por computadora”.

A través de este sistema es posible crear un producto con casi todas las características

posibles que a éste se le quiera dar, entre las que se encuentra la distribución, el tamaño

y la forma de cada una de sus partes, los que son guardados en la memoria del

computador como dibujos bi y tridimensionales. Ya con estos datos almacenados, el

diseñador del producto en cuestión, puede realizar múltiples variaciones y modificaciones

de las características que le otorgará a su creación un diseño único y novedoso. Además,

es posible utilizar los datos y compartirlos para trabajar en conjunto con todo el equipo

involucrado en el proyecto. Dentro de este grupo multidisciplinario se pueden encontrar

profesionales como diseñadores e ingenieros que, gracias a este método, pueden trabajar

en conjunto por un fin común, sin la necesidad de encontrarse físicamente en el mismo

lugar.

Además de las ventajas ya mencionadas, el diseño de fabricación asistida por

computador o CAM, brinda la posibilidad de ver cómo el producto en construcción

operará; en otras palabras, es posible hacer un simulacro de su funcionamiento. De este

modo, se puede saber con antelación, por ejemplo, si existe alguna falla en la disposición

de un circuito eléctrico, cuánto peso logrará soportar un determinado puente o calle, o

incluso, se podrá ver la forma exacta en que cierto líquido, como la leche o una salsa,

saldrá de su envase o botella. Como vemos, las ventajas de este sistema son múltiples y

entre las más destacadas se encuentra la posibilidad que otorga a los fabricantes de


60

abaratar los costes de producción, reduciendo la mano humana de los operadores y,

disminuyendo también, los posibles errores que puedan ocurrir durante el proceso.

2.7 Sistema de manufactura flexible

ORIGEN: ESTADOS UNIDOS Antes de empezar a hablar de manufactura flexible

debemos conocer algunos conceptos de automatización que pueden ser desconocidos

para algunos, estos conceptos son automatización fija programable; para luego abordar

el tema de manufactura flexible.

La automatización fija se caracteriza por la secuencia única de operaciones de

procesamiento y ensamble. Sus operaciones son simples pero su integración en las

diferentes estaciones de trabajos dan lugar a sistemas complejos y costos aplicados a la

producción masiva pero cuando se cambia de un producto a otro, es necesario la puesta

a punto manual de todo el equipo implicando otras tareas, e cambio de herramientas y

utilage.

En la automatización programable la secuencia de operaciones es controlada por un

programa y puede cambiar para diferentes configuraciones del producto, Este tipo de

automatización es apropiado para la producción por lotes de tamaño bajo o medio, la

inversiones equipo es alta, y las velocidades son inferiores a las características de la

producción fija y el tiempo de preparación de los equipos para cada loo te es

considerable. (Ej. El control numérico).

En cambio la automatización flexible es una extensión de la programable que se ha

desarrollado durante las últimas décadas a la par de los computadores y de la tecnología

de la automatización, Además de la capacidad para trabajar diferentes secuencias de

operaciones en forma automática permitiendo la fabricación continua de mezclas

variables de productos con tiempos de preparación y cambio de herramientas

virtualmente nulos, al pasar de un producto a otro. Esta requiere alta inversión en equipo

adaptado a las necesites del cliente y está orientada a la manufactura de partes afines en

lotes de tamaño bajo y medio bajo a una velocidad media de producción

La automatización flexible ha hecho factible los sistemas de manufactura flexible y la

manufactura integrada por computador.

SIGNIFICADO: Sistema de Manufactura Flexible resulta de un nuevo enfoque de la

producción que con la aplicación de la tecnología ha creado sistemas altamente

automatizados .Es una filosofía de la producción que se basa en el control efectivo del

flujo de materiales a través de una red de estaciones de trabajo muy versátiles y es


61

compatible con diferentes grados de automatización está integrado por máquinas -

herramientas enlazadas mediante un sistema de manejo de materiales automatizado

operado automáticamente con tecnología convencional o al menos por un CNC (control

numérico por computador).

DESCRIPCIÓN: Un FMS consta de varias máquinas-herramientas controladas

numéricamente por computador donde cada una de ellas es capaz de realizar muchas

operaciones debido a la versatilidad de las máquinas-herramientas y a la capacidad de

intercambiar herramientas de corte con rapidez (en segundos), estos sistemas son

relativamente flexibles respecto al número de tipos de piezas que pueden producir de

manera simultánea y en lotes de tamaño reducido (a veces unitario). Estos sistemas

pueden ser casi tan flexibles y de mayor complejidad que un taller de trabajo y al mismo

tiempo tener la capacidad de alcanzar la eficacia de una línea de ensamble bien

balanceada.

Las herramientas pueden ser entregadas al FMS tanto en forma manual como

automática. Por ejemplo a través de vehículos guiados automatizados.

Los FMS disponen de un sistema de manejo de materiales automatizado que transporta

las piezas de una máquina a otra hacia dentro y fuera del sistema. Puede tratarse de

vehículos guiados automáticamente (AGV) conducidos por alambre de un sistema

transportador o de carros remolcados por línea y por lo general intercambian de

plataforma con las máquinas.

El empleo de los FMS permite flexibilidad productiva, gestión en tiempo real y acelerado

nivel de automatización general, así que una celda en línea es en resumen aceptar el

ingreso de materia prima y sacar productos listos para ser ensamblados.

En un sistema de manufactura flexible existen cuatro componentes principales:

Almacenamiento y manejo de partes: Es un instalación para guardar los materiales

son un conjunto de de plataformas de transporte (palets) o porta piezas, una estación

para carga y descarga y un sistema de transporte primario que conecta las estaciones

entre si y un sistema de transporte secundario entre las estaciones de trabajo.


62

Almacenamiento y manejo de herramientas: Es muy similar al anterior y las

herramientas pueden instalarse en las maquinas de varias maneras si la maquina posee

cabezales que van acopladas allí

Sistemas de control por computador: Constituidos por computadores, los controladores

programables, los censores y la red de comunicaciones correspondiente en las

estaciones de trabajo se encuentran diferente equipos de acuerdo con cada sistema en

particular a saber: centro de mecanizado, sistema de cabezales fijos, sem. Permanentes o

de intercambios son usados enfrenado torneado ensamble e inspección forja fundición

etc.

Un sistema de cómputo debe tener los siguientes archivos:

programa para control numérico de partes.

Hojas de ruta

Programa de producción de de partes

Referencia de porta piezas

Localización de herramientas

Vida útil de las herramientas

2.8 Mantenimiento industrial

Definimos habitualmente mantenimiento como el conjunto de técnicas destinado a

conservar equipos e instalaciones en servicio durante el mayor tiempo posible, buscando

la más alta disponibilidad y con el máximo rendimiento.

El mantenimiento industrial engloba las técnicas y sistemas que permiten prever las

averías, efectuar revisiones, engrases y reparaciones eficaces, dando a la vez normas de

buen funcionamiento a los operadores de las máquinas, a sus usuarios, y contribuyendo a

los beneficios de la empresa. Es un órgano de estudio que busca lo más conveniente para

las máquinas, tratando de alargar su vida útil de forma rentable para el usuario.


63

“Control constante de las instalaciones y/o componentes, así como del conjunto de

trabajos de reparación y revisión necesarios para garantizar el funcionamiento regular y el

buen estado de conservación de un sistema”

Objetivos

Lograr la máxima disponibilidad de la infraestructura instalada.

Preservar la calidad del servicio y el valor de esta infraestructura

evitando el deterioro prematuro.

conseguir lo anterior mediante la alternativa más económica posible.

Minimizar los costos de mantenimiento.

Minimizar los períodos de mantenimiento.

Tipos de mantenimiento

La dificultad para encontrar una aplicación práctica a los tipos de mantenimiento

Esta división de Tipos de Mantenimiento presenta el inconveniente de que cada equipo

necesita unas tareas de mantenimiento particulares, que serían una mezcla entre esos

tipos definidos anteriormente, de manera que no podemos pensar en aplicar uno solo de

ellos a un equipo en particular.

Así, por ejemplo, en un motor determinado nos ocuparemos de su lubricación

(mantenimiento preventivo periódico), si lo requiere mediremos sus vibraciones o sus

temperaturas (mantenimiento predictivo), quizás le hagamos una puesta a punto anual

1

•Mantenimiento correctivo

2

•Mantenimiento preventivo

3

•Mantenimiento predictivo


64

(puesta a cero) y repararemos las averías que vayan surgiendo (mantenimiento

correctivo). La mezcla más idónea de todos estos tipos de mantenimiento nos la dictarán

estrictas razones ligadas al coste de las pérdidas de producción en una parada de ese

equipo, al coste de reparación, al impacto ambiental, a la seguridad y a la calidad del

producto o servicio, entre otras.

El inconveniente, pues, de la división anterior es que no es capaz de dar una respuesta

clara a la siguiente pregunta: ¿Cuál es el mantenimiento que debo aplicar a cada uno de

los equipos que componen una planta concreta?

Para dar respuesta a esta pregunta, es conveniente definir el concepto de Modelo de

Mantenimiento. Un Modelo de Mantenimiento es una mezcla de los anteriores tipos de

mantenimiento en unas proporciones determinadas, y que responde adecuadamente a las

necesidades de un equipo concreto. Podemos pensar que cada equipo necesitará una

mezcla distinta de los diferentes tipos de mantenimiento, una mezcla determinada de

tareas, de manera que los modelos de mantenimiento posibles serán tantos como equipos

puedan existir. Pero esto no es del todo correcto. Pueden identificarse claramente cuatro

de estas mezclas, complementadas con otros dos tipos de tareas adicionales, según

veremos más adelante.

La realidad del mantenimiento industrial

Por desgracia, el porcentaje de empresas que dedican todos sus esfuerzos a

mantenimiento correctivo y que no se plantean si esa es la forma en la que se obtiene un

máximo beneficio (objetivo último de la actividad empresarial) es muy alto. Son muchos

los responsables de mantenimiento, tanto de empresas grandes como pequeñas,

que creen que el resto de técnicas están muy bien en el campo teórico, pero que en su

planta no son aplicables: parten de la idea de que la urgencia de las reparaciones es la

que marca y marcará siempre las pautas a seguir en el departamento de mantenimiento.

Desde que las empresas entendieron que deberían diferenciar la sección de personal

dedicada a producción del personal dedicado al cuidado de los equipos e instalaciones,

los departamentos de mantenimiento han estado tradicionalmente subordinados a

producción, siempre por debajo en la línea jerárquica de la empresa.

El concepto de cliente interno aparece a mediados de los años 80, con la introducción

masiva de las formas de gestión de empresas japonesas. Es un concepto muy interesante

para cadenas de producción, en las que una fase de la producción proporciona la ‘materia


65

prima’ con la que se elaborará la siguiente. Es necesario, en estos casos, que la fase

anterior compruebe que entrega un producto que alcanza perfectamente las

especificaciones que necesita la fase siguiente.

Este concepto de cliente interno se aplicó también a otros departamentos,

estableciéndose en multitud de empresas en que Mantenimiento es el ‘proveedor’ de

producción y éste, por tanto, su cliente. Según esa concepción, otros departamentos,

como Ingeniería, Métodos o Compras, también son proveedores de Producción.

Esta forma de establecer la relación entre Mantenimiento y Producción tal vez sea válida

en entornos en los que no existe Gestión de Mantenimiento, donde Mantenimiento tan

solo se ocupa de la reparación de las fallas que comunica Producción. Pero esta situación

es muy discutible cuando el mantenimiento se gestiona, entendiendo por gestionar tratar

de optimizar los recursos que se emplean. En estos casos, Producción y Mantenimiento

son dos elementos igualmente importantes del proceso productivo, dos ruedas del mismo

carro. Un carro que, por cierto, tiene más ruedas: Ingeniería, Compras, Calidad,

Administración... Para que la organización funcione es necesario que funcionen todos sus

departamentos, cada una de sus áreas. Podríamos decir incluso que la eficiencia de una

organización está determinada por el departamento que peor funcione. De nada sirve una

empresa en la que el Departamento de Calidad es estupendo si el Departamento

Comercial no consigue colocar en el mercado el producto o servicio; de poco sirve,

igualmente que el Departamento de Mantenimiento sea excelente si la producción está

pésimamente organizada, y viceversa.

III Investigación

66

III INVESTIGACION

3.1 Objetivo general Optimizar el proceso de producción en la industria de lubricantes a través de la rehabilitación y

adecuación de un sistema electromecánico obsoleto para la reducción de costos y tiempos, y

aumento de la producción.

3.2 Objetivos específicos 1.- Realizar el estudio de pertinencia y factibilidad del proyecto en términos económicos, técnicos,

de alcance y de viabilidad para resolver problemas específicos en la industria.

2.- Realizar y presentar un anteproyecto a la empresa que justifique la realización del mismo como

la solución más factible

3.- Desarrollar el proyecto con base en los aspectos Costo-Beneficio detectados en el estudio de

factibilidad.

4.- Realizar y poner en marcha el proyecto mediante su implementación en la línea de producción.

5.- Analizar el sistema y adecuarlo a las necesidades para que se cumplan las expectativas de

producción en dicho proyecto.

3.3 Metodología de la investigación Es importante subrayar que el método que estamos abordando se sustenta en una serie de

enunciados que son los que le da sentido. Así, podemos establecer que existen tres tipos

diferentes de ellos: los llamados observacionales que son aquellos que hacen referencia a un

hecho que es evidente, los particulares que están en relación a un hecho muy concreto, y

finalmente los universales. Estos últimos son los que se producen como consecuencia o como

derivación de un proceso de investigación y destacan porque están probados empíricamente.

Esto supone que, tras una primera etapa de observación, análisis y clasificación de los hechos, se

logra postular una hipótesis que brinda una solución al problema planteado. Una forma de llevar a

cabo el método inductivo es proponer, mediante diversas observaciones de los sucesos u objetos

en estado natural, una conclusión que resulte general para todos los eventos de la misma clase.

3.4 Cronograma de actividades

IV Desarrollo de la investigación

67

IV DESARROLLO DE LA INVESTIGACION

4.1 Desarrollo En la industria de lubricantes se tienen diversas líneas de producción, una de ellas que resalta por

su forma de operar es la línea de líquido de frenos, la cual envasa diversas presentaciones; 3.50ml

y 9.50ml para ser precisos, la demanda de este producto ha pasado a ser sin duda una de las más

importantes, por ello se ha tomado la determinación de analizar de forma visual y muy objetiva, que

parte de la línea se puede mejorar para tener una mayor eficiencia, algo que a primera vista resalta

es la colocación y sellado de la tapa esta actividad se realiza de forma manual, por lo que es

necesario emplear dos trabajadores para realizar dicha actividad.

En esta proyecto pretende adecuar y rehabilitar una maquina serradora de tapas, esta máquina se

ha rescatado de una bodega donde se almacenan maquinarias obsoletas o en desuso, para ello se

tendrá que echar mano de todas las herramientas que se tengan. La rehabilitación y adecuación de

la maquina exige realizar estudios visuales, estudios de pertinencia y factibilidad en diseños de los

diferentes mecanismos para automatizar el proceso, además se plantea diseñar el sistema de

control electrónico que tenga la facilidad de manipulación en la que cada uno de los integrantes

que conforman la línea de producción puedan operar de acuerdo a las necesidades y exigencias

que requiera el proceso.

4.1.1 Estudio en la línea de producción Se realizó un estudio puntual, en línea de producción; se detectaron los siguientes problemas.

Se emplea tiempo considerable en la colocación y sellado de la botella.

Se emplea tiempo considerable en la colocación de etiqueta.

Emplear parte del turno en el armado de caja.

El tiempo que se utiliza para el llenado es muy amplio.

Tiempos muertos por descanso forzado por cansancio de sellado

El estudio realizado nos indica que los problemas antes mencionados son en los que se tendrá que

trabajar para que se realice una producción eficaz y efectiva, de tal manera que se refleje en la

producción diaria así como en las metas propuestas del mes y año.

La tabla IV.4 Muestra un análisis estadístico de la producción de una jornada norma.

La línea de producción de Líquido de frenos se conforma de los siguientes equipos:

1. Etiquetadora.

2. Llenadora automática.

3. Codificadora.

4. Inductora.

5. Disco de acumulador.

6. Bandas de trasportación


68

Figura IV. 41 Línea de líquido de frenos sin colocadora de tapas

Cap. De la botella en ml.

Tiempo de llenado de 117 botellas de inicio a fin.

Cantidad de botellas llenas en 1 hora.

Cantidad de botellas llenas en 2 horas.

Cantidad de botellas llenas en 7 horas.

3.50 ml. 3 minutos 1440 botellas 2880 botellas 11520 botellas Tabla IV. 4 Capacidad de llenado en una jornada normal

4.1.2 Análisis de tiempos durante la ejecución El tiempo empleado para el llenado de líquido de frenos es de 3 minutos desde el momento que se

toma la primera botella hasta que sale la última botella, esto en referencia a un lote de 117 botellas

de 3.50ml que es la cantidad que contiene uno de los pallets. Lo información puntual en este

sentido se particulariza en la tabla IV.5

Recorrido del producto Tiempos empleados.

Tiempo que se empleara.

Tiempo ahorrado.

Como se corrige.

Tiempo de etiquetado y desplazamiento a la llenadora

48 s. 38 s. 10 s. 1.-Seguirá de forma normal

Tiempo de llenado y desplazamiento a la maquina codificadora

67 s. 37 s 30 s. 1.- Aumento de la velocidad con variados de velocidad. 2.- Se colocara la cerradora de botellas la cual tiene velocidad variable.

1

2

3

4

6

5


69

Tiempo de codificación y traspaso a disco de acumulación

38 s. 20 s. 18 s. La codificadora se ajustara a la cerradora de botellas por lo que su velocidad será contante y única.

Tiempo de empacado. 27 s. 27 s. 0 s. Seguirá normal.

TOTAL 180 s 122 s. 58 s.

Tabla IV. 5 tiempos empleados y posible solución

La tabla IV. 5 muestra el tiempo empleado en cada uno de los puntos del proceso, de ahí

podemos resaltar que en el tiempo empleado desde el momento en que llega la botella a la

llenadora hasta que llega a la maquina codificadora es un tiempo por de mas superior a las

tiempos empleados en cada uno de los otros procesos de producción. En esta parte del proceso

hay una ay una actividad muy notable; la colocación y sellado de la tapa es de forma manual, esto

adquiere gran importancia pues es un campo de oportunidad.

Durante la ejecución del proceso una de las actividades más rudimentarias y con mucha

relevancia, en la que se puede trabajar para mejora es efectivamente en la colocación de tapa y

sellado, como lo muestra la imagen siguiente, dicho proyecto arrojara beneficios que se deberá

reflejar en la producción misma, así como en la reducción de tiempo de producción.

Figura IV.42 Imagen de la forma en que se sella en la actualidad


70

4.1.3 Beneficios

1.- Separar 2 personas, reduciendo esfuerzo y aumentando la producción.

2.- Aumentar 25% de la producción.

3.- Lograr que las metas establecidas durante el año se cumplan en tiempos record.

4.- Aumentar la velocidad un 25% en las bandas de trasportación.

5.- Lograr que la maquina a rehabilitar sea funcional y operable.

Sin duda esta es la parte más importante del proyecto en la que se tomo la determinación con la

posibilidad más factible y de viabilidad, que corregirá tres puntos que se han detectado como

problemas en la línea de producción.

La colocación y sellado de la botella.

Tiempos muertos por descanso forzado por cansancio de sellado.

Un deficiente control de velocidades entre las bandas de trasportación

4.1 .4 Condiciones y condiciones de la maquina obsoleta a rehabilitar

Con características semejantes que bien se puede rehabilitar y adecuar para que realice

el trabajo que se necesita, la maquina es de la marca MRM/ELGIN CORP. Modelo versa-

cap. III. Serie: VSCAP 138. Con un voltaje de alimentación de 230v 2000w


71

Figura IV.43 Imagen de la maquina que se rehabilitara.

La maquina es un diseño de la empresa MRMelgin corp. Ahora desaparecida esta máquina se

encuentra en condiciones deficientes, con las particularidades que se asemejan a nuestras

necesidades. Por sus características nos podemos dar cuenta que la maquina se utilizaba para la

colocación y sellado de tapas de garrafa de 5 litros.

4.1.4.1 Sistema eléctrico.

La maquina cuenta con un motor de corriente alterna de 220v 3 fases de alimentación,

este motor realiza la función de trasportar el producto, este mismo motor por medio de

engranes rectos e icoidales realiza la función de presionar las botellas y estas no se

desorienten cuando las donas enroscaduras realice su función de enroscar, estas donas

están impulsadas por un juego de poleas que realizan la función de inversión de giro y

lograr su objetivo, dicho mecanismo cuenta con 1 motor de CD.

Que está controlada por una tarjeta de control bifásica 220v con controlador de velocidad

de la marca Minarick Electric. Se tiene también 1 motor de CD. Con una tarjeta de control

las mismas características para el control de la tolva despachadora de tapas. Dicho

sistema eléctrico


72

Cuenta con un grupo de accesorios electrónicos que se puedes rehabilitar a acepción de

que se encuentre daños mayores.

4.1.4.2 Sistema Mecánico

La maquina cuenta con un sistema mecánico conformado por engranes rectos,

helicoidales, sistema de poleas, sistema de bandas dentadas, sistema de ajuste para

acercamiento a cuerpo de botella, también cuenta con sistema guiador de tapas. En

general y de acuerdo a un estudio visual pertinente la maquina tiene una alta probabilidad

de adecuación para la colocación y sellado de la botella de liquido de frenos, la

rehabilitación e implementación y adecuación de esta máquina traerá un gran impacto

económico así como también un gran impacto al aspecto humano. En seguida se

enumeran algunos puntos importantes a modificar y reparar.

Particularmente la maquina reúne características semejantes algunas otras se adecuaran

a las necesidades y condiciones necesarias, a continuación se enumera una lista de

componentes que se requerirán, estos componentes se adquirirán directamente con el

proveedor, otras se fabricaran.

En la implementación y desarrollo del proyecto es muy importante mencionar, que la

maquina se encuentra en condiciones en las que el líder del proyecto echara mano de sus

conocimientos y habilidades.

4.1.5 Listado de las siguientes adecuaciones que se tendrán que realizar

La banda de tablillas se encuentran dañadas


73

Las bandas dentadas de presión están

desgranadas

Las barras (guardas) están dañadas

La altura para la presentación de la garrafa

de 5L no es la misma que para la

presentación de la botella de 3.50ml y

9.50ml, para lo cual se realizaran diseños en

CAD, como una posible solución

El diámetro de la tapa para la garrafa no es

la misma que para la tapa de la botella de

3.50ml y 9.50ml

El disco colocador de tapas presenta daño

considerable


74

Se observa daño en pistas de tarjeta

electrónica controladora de motores de CD

4.1.6 Tabla de cotización.

TABLA DE COTIZACIONES

Conceptos unidades Precio unitario Precio total

1.- Banda de trasportación de

5m (banda de tablillas de

4”1/2x5m).

1 $4.400 +16% IVA

$5.104.00

2.- (Banda dentada de 140

dientes paso1/4”).

4

$2.300 + 16% IVA $10.672.00

3.- Altura de los separadores de

bandas de presión.

4

$750 + 16% IVA

$3.480.00

3.- Aumentos con

características especiales.

(Diseñados en CAD).

4 $300 + 16% IVA

$1.392.00

5.- Riel guiador de tapas.

(Material en inoxidable).

1

$1800 + 16%IVA

$2.088.00

6.- Tarjeta de control de motores

CD.

1

0

0

8.- Mantenimiento general mano

de obra.

1 0 0

Total de presupuesto

$22.736.00

Cotización de las bandas dentadas y de tablillas


75


76

Figura IV.44 Diseño de altura de los separadores de bandas de presión, diseñados en CAD.

Figura IV.45 Diseño de aumentos con características especiales. (Diseñados en CAD).


77

Figura IV.46 Diseño de aumentos con características especiales. (Diseñados en CAD).

V. Análisis e interpretación de resultados

78

V. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

5.1 Resultados Una vez aceptada la cotización y realizado cada uno de los diseños se logro la puesta en marcha

de la maquina, para tal efecto y de acuerdo al cronograma de actividades se realizaron pruebas

de acoplamiento y adaptación en la línea de producción, concluyendo en tiempo y forma tales

actividades se cumplió con los establecido.

Los resultados del proyecto se han generado en base a cada uno de los procedimientos antes

mencionados resaltando que el cronograma de actividades y el acuerdo de proyecto fueron parte

fundamental, de allí que se obtuvieran los siguientes resultados:

Puesta en marcha y acoplamiento de la maquina a la línea de producción

Realización de pruebas para la detección de fallas y realizar ajustes de la

maquina.

Se ha logrado el aumento de la producción de dos tarimas mas por turno que

haciende a 5960 botellas

La separación de dos personas que realizaban la actividad colocación y sellado de

la tapa

El presupuesto cotizado de $22.736.00 fue respetado con un cumplimiento del

100%

Si comparamos la cantidad invertida de $22.736.00 con las ganancias que se obtendrán en 1

mes de producción en la presentación de 3.50ml, nos podremos dar cuenta que el proyecto es

funcional y que se han reducido los costos y se ha aumentado la producción.

A continuación se muestra un comparativo del antes y el después de la línea de producción

Figura V.47 Imágenes del antes y ahora de la línea de producción

V. Análisis e interpretación de resultados

79

5.2 Comprobación o rechazo de la hipótesis Los resultados mostrados mediante la rehabilitación y automatización de maquinarias obsoletas en

la industria logro reducir los tiempos de producción así como los costos aumentando los

beneficios, por lo que estos resultados en conjunto comprueban la hipótesis planteada

5.3 Análisis Los resultados mostrados que la producción fue posible aumentarla mediante soluciones alternas,

donde la rehabilitación y automatización a jugado un papel importante en la industria para obtener

mayores beneficios y pasa a ser un punto importante de análisis.

En seguida se analizan los resultados obtenidos de acuerdo al tipo de proceso seleccionando y las

los puntos importantes resueltos

Sellado Se empleaban tiempos considerable en la colocación y sellado de la botella con la con la puesta en

marcha de esta máquina rehabilitada se evita que los trabajadores ocupen parte de su tiempo en

descansos innecesarios

Producción

La producción diaria era de 11520 botellas con la rehabilitación aumentaron 5960 botellas por lo

que hoy se producen 17480 botellas obteniendo a si un incremento de la producción se forma

significativa

Recurso Humano

Se empleaban 3 personas para realizar la actividad de colocación y sellado de la botella hoy en día

con la rehabilitación de esta máquina no se utiliza a ninguna persona para realizar dicha actividad

lo que provoca la reubicación de 2 personas

5.4 Interpretación Con base a los resultados obtenidos después del plan de acción se puede interpretar lo siguiente:

Las condiciones de la línea de producción no era del todo adecuada, para

solucionas este problema era necesario proponer una solución emergente.

Los métodos de investigación como el inductivo forman parte de una serie de

herramientas de las cuales podemos echar mano para plantear una posible

solución

La maquinaria que muchas veces se clasifican como inservible se le puede dar

uso con presupuestos accesibles y a probables.

En la implementación y rehabilitación de maquinarias obsoletas es muy importante

tener conocimiento adquiridos por experiencia y conocimientos que sustenten

dicha actividad.

VI. Conclusiones

80

VI. CONCLUSIONES

Luego de tan arduo trabajo; los resultados obtenidos fueron muy gratificantes, ya que se logro el

objetivo principal de Optimizar el proceso de producción en la industria de lubricantes a través de la

rehabilitación y adecuación de un sistema electromecánico obsoleto para la reducción de costos y

tiempos, y aumento de la producción. Se considera que el beneficio de este proyecto cumplió

ampliamente las expectativas, ya que además de contribuido en la calidad de la producción.

Los resultados obtenidos deberán beneficiar la aprobación de proyectos alternativos en línea de

producción que tengan problemas semejantes.

Con la puesta en marcha de proyectos de rehabilitación es posible reducir el tiempo y agilizar la

producción facilitando el trabajo al operador dando un mejor proceso de la elaborado y con la más

alta calidad de producción.

Para finalizar, con la aplicación de sistemas automatizados; fue posible reducir y controlar el

defecto de tiempo muerto y así incrementar la calidad del producto y por lo tanto recuperar tiempos

muertos.

VII. Propuestas y recomendaciones

81

VII. PROPUESTAS Y RECOMENDACIONES

REFERENCIAS (Formato APA)

Citas de referencia

Uso de nota al pie de página

Libros de texto, artículos de investigación, manuales, normas, tutoriales.

ANEXOS Y APÉNDICES

Gráficas

Cuadros estadísticos

Material de apoyo en la investigación (Planos, imágenes, figuras, normatividad

aplicada)

VII. Propuestas y recomendaciones

82

rehabilitación y automatización de maquinaria industrial

Documents