sistema de dosificación de acido para baterías
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Jimmy Barco Burgos
Octavio Márquez
Juan Pablo Fonseca
Bogotá D.C., diciembre de 2009
Departamento de Ingeniería Mecánica y MecatrónicaLínea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
Sistema de dosificación de acido para baterías
ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
POWERMAC es una empresa que planea entrar en elmercado regional de baterías para automotores con losdos tipos mas populares de baterías en el comercio
Se proyecta producir 20 baterías diarias en los primerosmeses. Se destino un fondo de $2.000.000 para eldesarrollo de un sistema de dosificación y llenado para elacido, que incluye los costos de fabricación e instalaciónen el sitio.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Facilitar a un único operario la labor de llenar
baterías de diferentes especificaciones ubicadas en
una mesa de trabajo con el fluido depositado en
contenedores de 100 lts ubicados en un cuarto
aislado y refrigerado, garantizando su seguridad y
niveles mínimos de desperdicio de ácido.
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
•Garantizar la integridad del operario y, por consiguiente, del dispositivo
•Control preciso del volumen del acido dosificado
•Durabilidad del dispositivo
•Sistema para evitar el goteo de acido
•Rango de volúmenes de llenado, para diferentes tamaños de batería
•Correcto aislamiento de los sistemas eléctricos para evitar accidentes
•Reducir tiempo (15 minutos) de llenado artesanal
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
•Aprovechar al área disponible de 1x3 m que tiene un banco de trabajo
•Correcto transporte del acido del cuarto de refrigeración a la estación
de llenado que se encuentra a una distancia aproximada de 30 cm
•Que la sección de llenado contribuya a lograr la meta de producir 20
baterías al día
•Capacidad de recepción de 2 baterías a las vez de la estación anterior
•Materiales con resistencia a la corrosión, resistente al acido sulfúrico
•Fácil manejo para un solo operario
ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Las alternativas en la industria de
este sector:
•Llenado artesanal (Jarra plástica)
•Maquinas dosificadoras importadas
(grandes volúmenes de
producción).
ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
•resistencia del material a la corrosión
•capacidad volumétrica dosificador
•caudal entrada
•tiempo de llenado por unidad de volumen
•tiempo de reemplazo del contenedor de 100Lt
•vida útil
•volumen desperdiciado
•rango de operación de la maquina
•autonomía del dispositivo
FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Succión
Tipo de bomba (Bombear acido)
Control de Bombeo (Enceder-detener
bombeo)
Cambio de Tanque de suministro
Sistema de ubicación del ducto de succión (cambiar contenedor)
Cambio seguro evitando goteo
(no desperdiciar)
FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Sistema dosificador
Suministro
(tomar el acido)
Método dosificador (suministrar una
cantidad determinada)
Accionamiento del sistema a dosificar
(activar el dispositivo)
Salida de acido (proveer el fluido al
llenador)
FUNCIONES:
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Llenado
Desplazamiento
(llenar las baterias de la mesa)
Dispositivo de llenado
(acoplarse a las baterias)
Operación de llenado
(llenar una o mas baterias)
GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE SUCCION
•Bomba rotativa accionada manualmente, con un sensorde volumen que indica cuando se debe bombear;comunicada con un ducto de succión rígido.
•Bomba centrifuga accionada por un motor eléctrico, conun sensor de volumen o peso que indica cuando se debebombear; comunicada con un ducto de succión rígido.
EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE SUCCION
S. DE SUCCION
1 2 3
REQUERIMIENTOS
que garantice la integridad del operario S S S
que tenga materia les perdurables - S S
que los elementos eléctricos estén bien
a is lados del acido+ S S
que tenga un uso óptimo del espacio - - +
que tome el acido del contenedor de 100 l ts S S +
que sea capaz de transportar el acido desde el
contenedor hasta el punto más lejano de la
mesa
- + S
que cuando no esté en uso no gotee - S -
que se faci l i te cambiar el contenedor del acido - + +
que se faci l i te el mantenimiento + - -
SUMA TOTAL - 5 2 2
SUMA TOTAL S 2 5 4
SUMA TOTAL + 2 2 3
TOTAL -3 0 1
CONCEPTOS
GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE DOSIFICACION
•Sistema de almacenamiento temporal,. Sistema dosificador por pesoconformado por una balanza diferencial y una válvula conectados alsistema de control.
•Sistema de pistón dosificador, ubicado al nivel del suelo, y operadocon un sistema de piñón cremallera
•Sistema de almacenamiento temporal, con alimentación desde lasucción. Sistemas dosificador volumétrico, de tipo flotador que indiquecambios en el volumen del tanque enviando señales al sistema decontrol que abre o cierra una válvula en la salida.
EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE DOSIFICACIONS. DE DOSIFICACION
1 2 3
REQUERIMIENTOS
que garantice la integridad del operario S S S
que dos i fique el volumen adecuado de acido + + S
que tenga materia les perdurables - S S
que permita el cambio del volumen de l lenado + S S
que los elementos eléctricos estén bien
a is lados del acido -S S
que mejore los tiempos artesanales de l lenado - + S
que tenga un uso óptimo del espacio S - -
que sea fáci l de operar + + S
que el l lenado sea semiautomático S S S
que sea capaz de suminis trar acido a di ferentes
tipos de baterías SS S
que se faci l i te el mantenimiento S S S
SUMA TOTAL - 3 1 1
SUMA TOTAL S 5 7 10
SUMA TOTAL + 3 3 0
TOTAL 0 2 -1
CONCEPTOS
GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE LLENADO
•Sistema de manguera móvil, que en el extremo está provisto de una
pistola de llenado accionada por el operario que llena una batería a la
vez.
•Sistema fijo, rígido, con múltiples boquillas que permiten llenar un par
de baterías a la vez, sin desplazamiento relativo con la mesa.
EVALUACIÓN DE CONCEPTOS:
SISTEMA DE LLENADOS. DE LLENADO
1 2
REQUERIMIENTOS
que tenga materia les perdurables S S
que garantice la integridad del operario S +
que cuando este en uso no sa lpique S S
que mejore los tiempos artesanales de l lenado S +
que tenga un uso óptimo del espacio + -
que sea fáci l de operar + S
que el l lenado sea semiautomático S +
que sea capaz de suminis trar acido a di ferentes
tipos de baterías+ S
que sea capaz de transportar el acido desde el
contenedor hasta el punto más lejano de la
mesa+ -
que cuando no esté en uso no gotee S S
que se faci l i te el mantenimiento S S
SUMA TOTAL - 0 2
SUMA TOTAL S 7 6
SUMA TOTAL + 4 3
TOTAL 4 1
CONCEPTOS
DESARROLLO DE PRODUCTO
• Conceptos destacados:1. Pistón que manipulado con un motor de paso y un
acople piñón-cremallera, permitía el trasporte del ácido
del tanque de 100Lt a través de las tuberías, sirviendo
también como sistema dosificador.
2. Dosificador por gravedad; apoyado en
una bomba que lleva el ácido desde el
contenedor de 100Lt, hasta un tanque
secundario, este segundo tanque
alimenta uno o varios vasos.
DESARROLLO DE PRODUCTO
SELECCIÓN DE MATERIALES
•Resistencia química al acido sulfúrico de diferentesmateriales:
Polímeros Metales
Conc. (%) Temp °C CPVC PVC PP Teflón Polietileno Durimet Hastelloy B Hastelloy C 10 a 50 20 R R R R R R R R
60 R R R R R R R 80 R R R
COMPONENTES ESTANDARIZADOS
•Tubería CPVC
•Accesorios para Tubería CPVC
•Manguera
•Tubería Conduit
•Varilla Roscada
COMPONENTES ESTANDARIZADOS
•Válvulas de Bola
•Válvula Solenoide
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
DESCRIPCIÓN FUNCIONAMIENTO DE LA
MÁQUINA
•Cebado de la bomba El tanque secundario antes de su instalación se llena parcial o totalmente para así garantizar el ácido necesario para cebar la bomba.•Se arranca la bomba e inicia el llenado del tanque secundario hasta que el sensor de nivel registre el Nivel máximo en el tanque, esto activa un actuador mecánico que abre el circuito de alimentación de la bomba deteniéndola.
FUNCIONAMIENTO ALIMENTACION
FUNCIONAMIENTO LLENADO
APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
El prototipo presenta un valor, directo al desarrollotecnológico del país, al estar dirigido a pequeñas ymedianas empresas de ensamble de baterías yotras que requieran procesos de dosificaciónsimilares que deseen mejorar su productividadbrindado al mismo tiempo seguridad a susempleados
ANÁLISIS ECONÓMICO
•Materiales $1.200.000
(tuberías, componentes electrónicos, válvulas)
•Fabricación $200.000
(maquinado, ensamble)
•Instalación $400.000(transporte de componentes y desplazamiento)
TOTAL $1.800.000
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
•Norma Técnica Colombiana 1350
•Guía de Seguridad Acido Sulfúrico
•Wolfram Mathematica
•Metroworkers CodeWarrior
•SolidWorks 2009
MUCHAS GRACIAS
Juan Pablo Fonseca – [email protected]
Octavio Márquez Reyes– [email protected]
Jimmy Barco Burgos – [email protected]