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 Mecatrónica Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico XXV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS Sistema de dosificación de acido para baterías

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Page 1: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 2: 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.

Page 3: Sistema de dosificación de acido para baterías

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.

Page 4: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 5: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 6: Sistema de dosificación de acido para baterías

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA

(BENCHMARKING)

Las alternativas en la industria de

este sector:

•Llenado artesanal (Jarra plástica)

•Maquinas dosificadoras importadas

(grandes volúmenes de

producción).

Page 7: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 8: Sistema de dosificación de acido para baterías

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)

Page 9: Sistema de dosificación de acido para baterías

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)

Page 10: Sistema de dosificación de acido para baterías

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)

Page 11: Sistema de dosificación de acido para baterías

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.

Page 12: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 13: Sistema de dosificación de acido para baterías

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.

Page 14: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 15: Sistema de dosificación de acido para baterías

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.

Page 16: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 17: Sistema de dosificación de acido para baterías

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.

Page 18: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 19: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 20: Sistema de dosificación de acido para baterías

COMPONENTES ESTANDARIZADOS

•Tubería CPVC

•Accesorios para Tubería CPVC

•Manguera

•Tubería Conduit

•Varilla Roscada

Page 21: Sistema de dosificación de acido para baterías

COMPONENTES ESTANDARIZADOS

•Válvulas de Bola

•Válvula Solenoide

Page 22: Sistema de dosificación de acido para baterías

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

Page 23: Sistema de dosificación de acido para baterías

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.

Page 24: Sistema de dosificación de acido para baterías

FUNCIONAMIENTO ALIMENTACION

Page 25: Sistema de dosificación de acido para baterías

FUNCIONAMIENTO LLENADO

Page 26: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 27: Sistema de dosificación de acido para baterías

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

Page 28: Sistema de dosificación de acido para baterías

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y

HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA

EMPLEADAS

•Norma Técnica Colombiana 1350

•Guía de Seguridad Acido Sulfúrico

•Wolfram Mathematica

•Metroworkers CodeWarrior

•SolidWorks 2009

Page 29: Sistema de dosificación de acido para baterías

MUCHAS GRACIAS

Juan Pablo Fonseca – [email protected]

Octavio Márquez Reyes– [email protected]

Jimmy Barco Burgos – [email protected]