diseño de un sistema automatico de transporte de recipientes para
Anuncio
DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATICO DE TRANSPORTE DE RECIPIENTES PARA LA ALIMENTACION DE LA NUEVA LINEA DE PRODUCCION DE DETERGENTES JULIAN DAVID CALERO ALVAREZ UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2014 DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE TRANSPORTE DE RECIPIENTES PARA LA ALIMENTACIÓN DE LA NUEVA LÍNEA DE PRODUCCIÓN DE DETERGENTES JULIAN DAVID CALERO ALVAREZ. PASANTÍA INSTITUCIONAL PARA OPTAR POR EL TÌTULO DE INGENIERÍA MECATRÓNICA Director DR. BERNANDO ROGER SABOGAL ABRIL. Ingeniero Electricista, Mg. En Ingeniería. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2014 Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico JIMMY TOMBÉ ANDRADE_________ Jurado BERNANDO ROGER SABOGAL ABRIL Director Santiago de Cali, 08 de Agosto de 2014 3 AGRADECIMIENTOS Agradecimiento a Dios por lograr contar con salud para permitir crecer como persona. Gracias a mi Madre por su esfuerzo y apoyo incondicional en la construcción de mi futuro como profesional, a toda mi familia por el soporte que me han brindado en el transcurso de mi carrera, y mis amigos a lo largo de la vida universitaria. A la universidad Autónoma de Occidente un grato agradecimiento, al director del programa y cada uno de los profesores que ha hecho parte con sus conocimientos del desarrollo evolutivo de mi perfil profesional. Gracias al tutor de la compañía MOMCLEAN, el cual me oriento para dar un gran paso como ingeniero en la compañía y apoyo en la realización de mi proyecto de grado. Julián David Calero Álvarez. 4 CONTENIDO Pág. RESUMEN 15 INTRODUCCION 16 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 17 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17 2. JUSTIFICACION 19 3. OJETIVOS 21 3.1 OBJETIVO GENERAL 21 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 21 4 MARCO DE REFERENCIA 22 4.1 MARCO TEORICO 22 4.1.1 Ergonomía 22 4.1.2 Ángulos de Confort 23 4.1.3. Controlador lógico programable 24 4.1.4 Banda modular 25 4.1.5 Cangilones 26 4.1.6 Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMW) 27 4.1.7. Accionadores Neumáticos 27 5 5 METODOLOGÍA 28 5.1 PLANTEAMIENTO DE LA MISION DEL PROYECTO 29 5.1.1 Obtención de datos primario 30 5.1.2 Antecedentes 30 5.1.2.1 Alminetanción realizada manuelamente 30 5.1.2.2 Maquina Wallet 31 5.1.2.3 Kuka 32 5.1.2.4 Clever 32 5.1.2.5 Verpacken 32 5.1.2.6 Wrapaaround 32 5.1.3 Filtrona 32 5.1.4 Banda Modular Curva 32 6. LEVANTAMIENTO DE NECESIDADES/REQUERIMIENTOSDEL SISTEMA 33 7. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 34 7.1 CAJA NEGRA 34 7.2 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL 35 7.3 ENFOQUE PRICINPAL DEL PROYECTO 35 7.4 DISEÑO DE CONCEPTOS 36 7.4.1 ¿Como realizar los debidos giros para que los envases se entreguen en la posicion adecuada? 36 7.4.2 ¿ Como se entrega los potes de un sistema de transporte a otro? 37 7.4.3 ¿ Como se entregan los envases de potes a la Osgood Machine? 40 6 8 SELECCIÓN DE CONCEPTOS 41 8.1 MATRIZ PARA EL TAMIZAJE DE CONCEPTOS 41 8.1.1 ¿Cómo realizar los debidos giros para que lo s envaes de 42 detergentes se entreguen en la posición adecuada? 8.1.2 ¿Cómo seebtregan los potes de un sistema a otro? 43 8.2 RESULTADOS DE DISEÑO FINAL 43 9. SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISPOSITIVOS 45 9.1 ¿DE QUE MATERIAL SERÁN FABRICADOS LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE 45 9.2 ¿QUÉ TIPO DE MATERIAL SERÁ USADO PARA LA FABRICACIÓN DE LOS TUBOS 46 9.3 ¿ CUAL ES EL SISTEMA QUE SE USARA PARA EL CONTROL DEL PROCESO 46 9.4 ¿ QUE TIPO DE MOTOR SERÁ USADO PARA LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE 47 10. 48 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 10.1 ARQUITECTURA MECANICA 49 10.2 ARQUITECTUR ELECTRONICA 50 10.3 ARQUITECTURA NEUMATICA 51 10.4 SELECCIÓN DE LA ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 51 10.5 COMPONENTES DE CADA MODULO DEL SISTEMA 52 10.5.1 Módulo 1: Control 52 10.5.2 Módulo 2: Alimentación Fila de envases 52 10.5.3 Módulo 3: Transporte 52 7 10.5.4 Módulo 3: Pistones. 53 11. 54 INGENIERÍA DETALLADA 11.1 BANDA MODULAR CURVA 54 11.2 BANDA TRANSPORTADORA CON PENDIENTE 55 11.3 PISTON EMPUJADOR 56 11.4 BANDA TRANSPORTADORA ELEVADA 56 11.5 PINZA GUIA 57 11.6 TUBOS GUIAS 57 11.7 BANDA TRANSPORTADORA A OSGOOD 58 12. DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA 60 13. PRESUPUESTO 60 13.1 FLUJO DE FONDOS 62 13.2 TIR Y VPN 63 13.3 BENEFICIOS GENERADOS POR EL PROYECTO 63 14. CRONOGRAMA 65 15. CONCLUSIONES 66 16. RECOMENDACIONES 67 BIBLIOGRAFÍA 68 18. 69 ANEXOS 8 LISTA DE CUADROS Pág. Cuadro 1. Propiedades mecánicas del UHMW 26 Cuadro 2. Identificaciones de necesidades y requerimientos 32 Cuadro 3. Relación de especificaciones con necesidades 33 Cuadro 4. Matriz de tamizaje de giros de envases 40 Cuadro 5. Matriz de tamizaje de entrega de un sistema de a otro Cuadro 6. Matriz de tamizaje para el material de fabricación las bandas transporte de 42 44 Cuadro 7. Matriz de tamizaje para el material de fabricación de los tubos 45 Cuadro 8. Matriz de tamizaje para la selección del sistema de control 45 Cuadro 9. Matriz de tamizaje para la selección del motor 46 Cuadro 10. Arquitectura del producto 47 Cuadro 11. Lista de costos del componentes 60 Cuadro 12. Lista del costo total de los componentes del sistema 60 Cuadro 13. Cronograma del proyecto 64 Cuadro 14. Lamina de Fabricación 78 Cuadro 15. Coeficiente de Fricción del material 79 Cuadro 16. Material de fabricacion del Tubo UHMW tension 80 Cuadro 17. Material de fabricacion del Tubo UHMW desplazamiento 80 Cuadro 18. Material de fabricacion del Tubo UHMW esfuerzo 81 9 LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Proceso Actual Manualmente 19 Figura 2. Nuevo Proceso Planteado para la Realización de Detergentes 20 Figura 3. Alcance de Trabajo A-D 23 Figura 4. Alcance de trabajo F-G 24 Figura 5. Esquema de un PLC 25 Figura 6. Free Flow (DTS) 26 Figura 7. Empujadores 26 Figura 8. Cangilones 26 Figura 9. Cilindro Neumático 27 Figura10. Fabricación para la realización de Detergentes 30 Figura 11. Mesa soporte 30 Figura 12. Banda para alcanzar la altura de la llenadora 31 Figura 13. Caja Negra 34 Figura 14. Descomposición Funcional 35 Figura 15. Primer Pistón 38 Figura 16. Segundo Pistón, Pistón Guía 38 Figura 17. Pistón caída de potes por tubos 40 Figura 18. Estructura de Entrega hacia la Osgood Machine 40 Figura 19. Arquitectura Mecánica 50 10 Figura 20. Arquitectura Electrónica 50 Figura 21. Arquitectura Neumática 51 Figura 22. Sinergia de Módulos en Arquitectura 54 Figura 23. Banda Transportadora Curva 54 Figura 24. Banda Transportadora Vertical 55 Figura 25. Pistón Empujador 56 Figura 26. Banda Transportadora Elevada 56 Figura 27. Pinza Guía 57 Figura 28. Tubo Guía Individual 58 Figura 29. Tubo Guía Posicionado 59 Figura 30. Banda Transportadora a Osgood 59 Figura 31. Componente del sistema Vista Isométrica 60 Figura 32. Componente del sistema Vista Lateral 60 Figura 33. Primer diagrama de Flujo de Fondos 62 Figura 34. Segundo diagrama de Flujo de Fondos 63 Figura 35. Diagrama de flujo arranque en frio 69 Figura 36. Diagrama de flujo arranque en caliente 70 Figura 37. Cilindro Neumático 73 Figura 38. Cilindro de Transporte 74 Figura 39. Diagrama de Flujo 75 Figura 40. Simulación tensión 81 Figura 41. Simulación desplazamiento 81 11 Figura 42. Simulación esfuerzo 82 Figura 43. Plano banda vertical Curva 83 Figura 44. Plano banda vertical Vertical 84 Figura 45. Plano banda Elevada 85 Figura 46. Plano Banda modular a Osgood 86 12 LISTA DE ANEXOS Pág. Anexo A. Diagrama de arranques 69 Anexo B. Sensor 72 Anexo C. Cilindro neumático 73 Anexo D. Diagrama de flujo de proceso 75 Anexo E. Polietileno de ultra alto peso molecular 78 Anexo F. Tuvo 80 Anexo G. Planos del sistema 82 Anexo H. Patología 86 13 GLOSARIO Gatiso: Guía de Atención Integral de Salud Ocupacional. Lumbalgia: Parte inferior de la espalda es una estructura intrincada, de elementos interconectados y superpuestos. Manguito Rotador: Grupo de músculos y tendones que van pegados a los huesos de la articulación del hombro, permitiendo que éste se mueva y manteniéndolo estable. Hiperextensión: Fuerza que hace una articulación que se extiende más allá de la zona de confort del cuerpo humano. Hipertensión: Fuerza generada hacia dentro de los ángulos de confort del cuerpo humano. 14 RESUMEN El siguiente proyecto está realizado en la empresa MOMCLEAN, como modalidad de pasantía de la facultad de ingeniería del programa académico de INGENIERÍA MECATRONICA de la UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE. El fin del proyecto es diseñar un sistema que solucione el riesgo ergonómico generado en el área de detergentes y cree una mejora en la producción y prevención hacia a los trabajadores mediante un diseño mecatrónico. Para empezar se realizan entrevistas con los ingenieros de proyectos y operarios del área para encontrar las principales necesidades que se desean solucionar. Posteriormente se normaliza el sistema para observar los pasos que realizan los operarios y la planta para la fabricación del producto, mediante una lista de dichos procesos se analizan los más importantes. En el transcurso de la identificación de necesidades y planeación se construyen bocetos que son analizados por el ingeniero de proyectos, para así, seleccionar la mejor alternativa. Se realiza un estudio del costo que se puede generar con el diseño y también una cotización del presupuesto de lo que puede costar la implementación del sistema mecatrónico, para observar la viabilidad del proyecto. Finalmente se presenta el diseño, y su ubicación dentro del área de detergentes, y el estudio ergonómico por la cual se debe implementar el nuevo sistema según las reglas de la ergonomía llamada Gatiso. Palabras Claves: Gatiso, Riesgo ergonómico, sistema mecatrónico, 15 INTRODUCCIÓN En MomClean empresa manufactura de productos de consumo masivo se tienen actualmente dos líneas independientes de llenado de jabón en potes. El proceso de alimentación de ambas líneas con potes de jabón se realiza manualmente hoy en día. En el año 2015, se desea unir las dos líneas de producción mediante dos máquinas de llenado denominadas Osgood Machine y Filler Machine. Implementar estas nuevas máquinas se aumenta la producción, por tal razón se debe implementar un mecanismo de transporte para cumplir con las metas de producción y evitar el riesgo ergonómico en los trabajadores. Por lo anterior, el propósito del presente proyecto es realizar el diseño del sistema de transporte de potes desde la Filler machine hasta la Osgood machine, para eliminar el riesgo ergonómico que se pueda presentar en caso de que este sistema de alimentación fuese manual, como se hace en el proceso actual. Para la compañía este proyecto es importante porque siempre busca realizar sus procesos en forma segura, libre de afectaciones para sus colaboradores y que se mantengan las mejores condiciones y buen clima organizacional. 16 1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la empresa actualmente se emplea un proceso manual para la carga de los potes apilados de jabón crema, a las dos líneas independientes de llenado. El objetivo de esto es poder alimentar la máquina donde se realiza el proceso de llenado para este producto. El área de detergentes organizó los espacios de trabajo e implementó utensilios para mejorar las posiciones de los trabajadores reduciendo las enfermedades ocupacionales. Cada vez, un operario está alimentando la máquina con una hilera de potes verticalmente, la máquina empieza separando cada pote mediante un tornillo sinfín y ahí pasa pote por pote para el proceso de llenado y luego al empaquetamiento de los potes en cajas. La compañía adaptará nueva maquinaria al proceso actual para mejorar la productividad del sistema. La nueva maquinaria está compuesta por la Filler machine, máquina que entrega hileras de potes apilados en forma horizontal y la Osgood machine, que debe recibir éstas hileras de potes pero apilados en forma vertical. En el proceso manual de traslado de los potes que se haría entre las dos máquinas mencionadas, el operario tiene que coger la hilera horizontal de potes desde la Filler machine y llevarla para ubicarla en la Osgood Machine en posición vertical. En éste proceso se presentan riesgos ergonómicos debido a la hiperextensión e hipertensión , debido a que el operario debe expandir sus brazos para poder agarrar la pila de potes y girar los brazos 90º para pasarla de posición horizontal a vertical, además girar su cuerpo la misma cantidad de grados. Lo anterior constituye un problema, al cambiar las posiciones de las apilaciones de potes del eje x al eje z, teniendo en cuenta que las dos máquinas están a cierta distancia, por tal motivo si el proceso lo realizan operarios, ellos tendrán a futuro problemas debidos a la hipertensión e hiperflexion de sus brazos. Este movimiento repetitivo durante todo el día (7 apilaciones por minuto) ha generado la necesidad de encontrar una solución a este problema. 17 Debido a las acciones de hipertensión e hiperflexión en un operario, a futuro se podrían generar las siguientes enfermedades ocupacionales: • Manguito rotador • Lumbalgia Por todo lo anterior se requiere diseñar un sistema de transporte que permita eliminar éste riesgo ergonómico en el proceso de traslado de potes de posición horizontal a vertical entre las dos máquinas en cuestión. 18 2 JUSTIFICACIÓN En MomClean, la producción de detergentes es de gran envergadura, ya que en esta área se realizan los productos para la limpieza de los utensilios de alimentos de los hogares. Actualmente la compañía cuenta con 2 líneas de producción de este producto, cada una compuesta por 4 máquinas que son: Wallet. Esta con formada por la Llenadora y Tapadora. Kuka ( Montaje de ofertas) Verpacken – horno que comprime realizando el termo encogido Wraparound, esta máquina es la empaquetadora. En este proceso se encuentra la maquinaria, herramientas, elementos que ayudan a mejorar el proceso y la calidad del trabajo de los operarios. Figura 1. Proceso actual manualmente 19 Se tiene planeado implementar dos nuevas máquinas para tener un mejor proceso, Filler y Osgoog, La máquina apiladora (Filler) estará posicionada a una distancia de la Osgood, por tal motivo se requiere de operarios que transporte las pilas de una a otra. Este método de transporte causa varios inconvenientes tanto para el operario como para la producción de la máquina. Entre los inconvenientes están: Poca seguridad para el operario, ya que debe realizar movimientos indebidos que provocan riesgos ergonómicos, teniendo a futuro enfermedades laborales. Lentitud en la producción por realizar este proceso manual, ya que los operarios deben estar desplazándose desde una máquina a otra. Por lo tanto el estudio realizado ha llevado a que se diseñe un sistema de transporte que cumple con el objetivo fundamental de reducir el riesgo ergonómico y a su vez permite mejorar la productividad. Este es un sistema innovador que permite la realización del proceso en forma adecuada y soluciona los inconvenientes planteados en el sistema de transporte que son: Ergonomía. Productividad limitada. Para la compañía es importante tener presente estas consideraciones, debido que el factor ergonómico es de suprema importancia, ya que brinda seguridad y salud al operario, además, el diseño de un sistema de transporte ayuda a tener una producción más eficiente. Figura 2. Nuevo proceso planteado para la realización de detergentes. 20 3 OJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL. Diseñar un sistema de transporte que permita eliminar el riesgo ergonómico en el proceso de traslado de potes en la nueva línea de producción de detergentes de las máquinas de apilado y llenado. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Diseñar la parte mecánica y estructural del sistema de transporte para solución buscada. Adquirir información mediante entrevistas con personal de la compañía para conocer las necesidades requeridas del diseño. Diseño del sistema de control para la solución. Diseño del sistema de programación requerida para la solución. 21 4 MARCO DE REFERENCIA 4.1 MARCO TEÓRICO En la industria hoy en día existen diferentes procesos para la fabricación de productos a gran escala como es el caso de los detergentes, debido a su gran demanda en el mercado, en los cuales se requieren los procesos indicados anteriormente. Los sistemas de transporte actualmente se basan en bandas modulares, ya que son materiales de plástico, tienen especificaciones que permiten que sean muy utilizadas en la industria, como: baja fricción que reduce el desgaste, autolubricado con capacidad de reducir el desgaste, compuesto por materiales como el poliamida que prolonga la vida útil de las cadenas ante el deterioro en circunstancias abrasivas. 4.1.1 Ergonomía. La ergonomía es el estudio del trabajo en relación con el entorno en que se lleva a cabo (el lugar de trabajo) y con quienes lo realizan (los trabajadores). Se utiliza para determinar cómo diseñar o adaptar el lugar de trabajo al trabajador a fin de evitar distintos problemas de salud y de aumentar la eficiencia. En otras palabras, para hacer que el trabajo se adapte al trabajador en lugar de obligar al trabajador a adaptarse a él. Un ejemplo sencillo es alzar la altura de una mesa de trabajo para que el operario no tenga que inclinarse innecesariamente para trabajar. El especialista en ergonomía, denominado ergonomista, estudia la relación entre el trabajador, el lugar de trabajo y el diseño del puesto de trabajo. Las lesiones y enfermedades provocadas por herramientas y lugares de trabajo mal diseñados o inadecuados se desarrollan habitualmente con lentitud a lo largo de meses o de años. Ahora bien, normalmente un trabajador tendrá señales y síntomas durante mucho tiempo que indiquen que hay algo que no va bien. Así, por ejemplo, el trabajador se encontrará incómodo mientras efectúa su labor o sentirá dolores en los músculos o las articulaciones una vez en casa después del trabajo. Además, puede tener pequeños tirones musculares durante bastante tiempo. Es importante investigar los problemas de este tipo porque lo que puede empezar con una mera incomodidad puede acabar en algunos casos en lesiones o enfermedades que incapaciten gravemente. 22 4.1.2 Ángulos de Confort. La guía del diseño ergonómico está basada para permitir al usuario tener un buen desempeño de trabajo, las guías son basadas en las siguientes condiciones: Lugar de trabajo. Material de trabajo. Alcances de trabajo. Las figura 1 y 2 muestran los alcances de trabajo, para el 95% de la población Latinoamérica, para evitar la hiperextensión e hipertensión de los operarios. Estos es llamado Zona de Confort ó Ángulos de Confort. Figura 3. Alcances de trabajo A-D. Fuente: Gatiso. (Guía de Atención Integral de Salud Ocupacional). 23 Figura 4. Alcances de trabajo F-G. Fuente: Gatiso. (Guía de Atención Integral de Salud Ocupacional). La información de los ángulos de confort están basados en reglamentos para proteger la salud de los operarios, estos reglamentos están fundamentados en la Gatiso. (Guía de Atención Integral de Salud Ocupacional). Donde se obtiene datos de las posturas y movimientos adecuados para evitar patologías en el futuro de los trabajadores 4.1.3. Controlador lógico programable. Un PLC se puede definir como un sistema basado en un microprocesador. Sus partes fundamentales son la Unidad Central de Proceso (CPU), la Memoria y el Sistema de Entradas y Salidas (E/S). La CPU se encarga de todo el control interno y externo del PLC y de la interpretación de las instrucciones del programa. En base a las instrucciones almacenadas en la memoria y en los datos que lee de las entradas, genera las señales de las salidas. La memoria se divide en dos, la memoria de solo lectura o ROM y la memoria de lectura y escritura o RAM. La memoria ROM almacena programas para el buen funcionamiento del sistema. La memoria RAM está conformada por la memoria de datos, en la que se almacena la información de las entradas y salidas y de variables internas y por la memoria de usuario, en la que se almacena el programa que maneja la lógica del PLC. El sistema de Entradas y Salidas recopila la información del proceso (Entradas) y genera las acciones de control del mismo (salidas). Los dispositivos conectadas a las entradas pueden ser Pulsadores, interruptores, finales de carrera, termostatos, presostatos, detectores de nivel, detectores de proximidad, contactos auxiliares, etc. Al igual, los dispositivos de salida son también muy variados: Pilotos, relés, contactares, Drives o variadores de frecuencia, válvulas, etc. 24 Figura 5. Esquema de un PLC Fuente: Rocatek. ¿Qué es un PLC? [En línea]. [Consultado el: 2 de mayo del 2014]. Disponible en la Web: http://www.rocatek.com/forum_plc2.php. 4.1.4 Banda modular. Las mallas modulares ayudan a tener un transportador para prácticamente cualquier aplicación, este tipo de bandas modulares tienen un estándar para la industria de embotellado y alimentos. Igualmente en muchas otras industrias, como la de fabricación de contenedores, farmacéutica etc. Los accesorios específicos de las bandas modulares hoy en día son de fácil limpieza ya que son derivados del plástico, ofrecen un concepto de accionamiento fiable, utilizando la tecnología de accionamiento de cadenas. Los diseños de este tipo de bandas hacen que entre la malla y el piñón tenga una combinación perfecta satisfaciendo altos estándares de engranajes de los dientes y de la malla, la liberación que hay entre malla y piñón posibilitan el alargamiento, además este tipo de banda tiene un sistema inteligente de retención de los pasadores, que hacen que sean muy fáciles de instalar y mantener, con baja contaminación auditiva. Las mallas modulares tienen la habilidad de giros laterales por tal motivo ofrece una solución para todas las aplicaciones de curvas. Existen de superficie cerrada y de superficie abierta según la característica que deseemos. Las bandas poseen sistemas sencillos y eficaces para poder pasar un producto de una banda a otra llamado empujadores y guías laterales. Tiene también el sistema DTS1 (FreeFlow) que permite realizar transferencias de 90º con descarga DTS: (Free Flow / DTS), la opción DTS posibilita realizar trasferencias de 90 grados con descarga automática en las que no se deja ningún producto, evitando el uso de placas de acumulación. 1 25 automática en las que no se deja ningún producto, evitando placas de acumulación. Figura 6. FreeFlow (DTS) FUENTE: Rexnord tabletop & matto Figura 7. Empujadores FUENTE: Rexnord abletop & mattop 4.1.5 Cangilones. Los cangilones son paletas fijas adaptadas a los sistemas de transporte para guiar objetos que se desean transportar, generalmente se usan en bandas verticales o bandas horizontales que desean guiar dichos objetos. Figura 8. Cangilones. Fuente: Rexnord tabletop & mattop 26 4.1.6 Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMW). El polietileno es un material termoplástico, empleado en la industria en general por su versatilidad de usos, posee excelente cualidades de aislamiento eléctrico, son prácticamente insolubles en casi todos los disolventes orgánicos, inodoros, insípidos e indiferentes fisiológicamente. Gracias a sus propiedades de deslizamiento es el plástico más utilizado para la construcción de piezas que estén sometidas a roce mecánico. Debido a su ultra alto peso molecular posee muy buenas propiedades de resistencia al desgaste y abrasión. Cuadro 1. Propiedades mecánicas del UHMW Coeficiente de roce estático Coeficiente de roce dinámico 0.20-0.25 0.15-0-20 Alta resistencia al degaste Propiedad auto lubricantes, consiguiendo que los mecanismos sean silenciosos. Resistente a la corrosión. 4.1.7. Accionadores Neumáticos. Los accionadores neumáticos de las instalaciones industriales son usados en operaciones que implican desplazamientos lineales, los cilindros neumáticos disponen de captadores de proximidad magneto-inductivos situados en los extremos de la carrera del cilindro, cuyo cable de señal se lleva a entradas digitales de autómata. Figura 9. Cilindro Neumático. Fuente:Catálogo de productos, versión 9.0. Modelos CAD natives para los siguientes sistemas: AutoCAD®, Autodesk® Inventor™, CATIA® V5, Pro/ENGINEER®, NX™, SOLID EDGE® and SolidWorks® 27 5 METODOLOGÍA La metodología a utilizar en el proyecto es el método de diseño estructurado y concurrente. Tiene en cuenta un trabajo multidisciplinario y simultaneo en el cual intervienen varios roles tanto de la universidad como los de la empresa. Este método es estructurado por la rigurosidad de los pasos que conlleva y concurrente por el trabajo simultaneo que se realiza, lo que permite minimizar los costos, el tiempo de diseño y obtener la calidad requerida. Las etapas del proceso de diseño estructurado y Concurrente son: Desarrollo Conceptual. El desarrollo conceptual desea identificar las necesidades. Se logra en algún momento implementar algún sistema que ayude a conseguir información necesaria para identificar debidamente el problema, se analiza y estudia la factibilidad de un diseño que cumpla con todos los requerimientos dados. Se realizan las siguientes sub-etapas. Diseño a nivel de sistema. En esta etapa se desea mostrar la selección de conceptos, mediante matrices de tamizaje. Para llegar a obtener un diseño de un sistema acorde para la planta. Se tiene como fin exponer en forma general la arquitectura y distribución en planta del producto. Diseño detallado. En esta etapa se va a mostrar los componentes y especificaciones finales de acuerdo al mercado, solo se hace referencia al detalle en algunas partes debido a los requerimientos solicitados. 28 Prototipado. Proceso mediante el cual se valida la funcionalidad de un sistema, puede ser físico, virtual, total o parcial. En el caso de este proyecto se va hacer un prototipado virtual. 5.1 PLANTEAMIENTO DE LA MISIÓN DEL PROYECTO La misión del proyecto es diseñar un sistema mecatrónico que transporte envases de detergentes que cumpla con la alta producción de dicho producto y la eliminación del riesgo ergonómico en la empresa MOMCLEAN, mejorando la calidad de trabajo en los operarios por los movimientos repetitivos. 5.1.1 Obtención de datos primario. En la compañía se llama proceso de normalización para obtener información mediante entrevistas con el gerente de planta, ingenieros de proyectos y con los operarios del área. Este proceso de fabricación del producto actualmente se realiza de forma manual, por el cual es importante tener plena comunicación con los trabajadores que están involucrados en el proceso de elaboración. Lista de las necesidades obtenidas: El sistema se adapta al espacio de la planta. El sistema es de fácil ensamble y manteamiento. El Sistema organizado con la línea de la planta. El sistema posee facilidad de cambio por si se desea realizar un proceso manual. El sistema es adaptable a la velocidad requerida. El sistema es automático El sistema es modular, ayudando a la seguridad del área. 29 5.1.2 Antecedentes. Para la realización del producto con el diseño de los potes de hoy en día, el área de Detergentes se basa en un proceso cuyas etapas se describen a continuación: este proceso desde su comienzo hasta la actualidad se ha realizado como es mostrado en el siguiente diagrama. Figura 10. Proceso para la fabricación de detergente hoy en día. 5.1.2.1 Alimentación realizada manualmente. Este proceso se realizada mediante operarios que deben alimentar la máquina Wallet manualmente, realizando movimientos continuos y repetitivos, utilizando herramientas mostradas en la siguientes imágenes. Figura 11. Mesa soporte de los potes apilados en una caja 30 Para poder realizar el proceso debidamente, se utiliza una mesa que ayuda a tener a una altura debida y soportar los potes apilados que se encuentran dentro en una caja, de ahí actualmente los operarios sacan estas hileras de potes para alimentar la llenadora. Este proceso manual de transportar los potes de esta caja a la máquina Wallet Figura 12. Banca para alcanzar la altura de la llenadora. La empresa para poder realizar el proceso de fabricación del producto necesita acomodar el espacio de trabajo del operario. Aquí observamos que el trabajador se sube sobre una banca para poder alcanzar la altura de la máquina. La salud ocupacional en una regla de sus posiciones de trabajo, habla que en casos como este se debe establecer la misma altura para no realizar hiperextensiones en el cuerpo humano, observar donde se colocan los potes apilados, ocasionando movimientos repetitivos en el cuello. 5.1.2.2 Maquina Wallet. Compuesta por dos subetapas, la llenadora y la tapadora donde se reciben los potes apilados y se separan uno por uno para posteriormente llenarlos de manera individual y finalmente se sellan mediante el proceso de tapado. 31 5.1.2.3 Kuka. Esta máquina es la encargada de manejar el tipo de oferta que se esté realizando, con lo anterior se quiere que automáticamente organiza el número de potes que se van a ir empacando. 5.1.2.4 Clever. En esta máquina el producto es enfundado con todos los nombres e información requeridos para su posterior comercialización. 5.1.2.5 Verpacken. Esta máquina es un horno encargad de que las respectivas etiquetas anteriormente puestas en el producto queden adheridas permanentemente. 5.1.2.6 Wrapaaround. Máquina encargada de organizar el producto final en una caja, dejando listo el producto para ser comercializado. 5.1.3 Filtrona. La Filtrona es una máquina de posicionamiento de objetos gracias a sus cangilones. En la empresa MomClean se usa para organizar el empacamiento de tubos de pasta dental, ya que su exactitud en el acomodo de los tubos el desempeño es exitoso. Se ha utilizado la Filtrona en distintas empresas manufactureras desde el año 1983. La máquina en el área de pasta dental está construida principalmente de metal, algunas cubiertas acrílicas transparentes de observación y correa transportadora de neopreno y ninguno de estos productos presenta peligros potenciales. 5.1.4 Banda Modular Curva: La banda transportadora Modular curva es usada para el transporte de objetos y cambiar su recorrido. Generalmente son fabricadas con un ángulo de 90 grados, logrando desviar la posición de los objetos transportados sobre ella. Sus mallas encajadas unas sobre otra permiten realizar el ángulo de giro mencionado, además por ser modular el material con el que está constituido trae muchas ventajas. 32 6 LEVANTAMIENTO DE NECESIDADES / REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA En la siguiente tabla se plantea las necesidades de los clientes. Cuadro 2. Identificación de necesidades y requerimientos Núm 1 2 3 4 5 6 7 Planteamiento de los Clientes El sistema cumpla con la capacidad de cambios producción Sistema se adapte a el espacio de la panta Identificación de necesidades Sistema sincronizado, para poder ser adaptado con el aumento de producción El sistema cumple con las especificaciones para adaptarse a el espacio de la planta El sistema sea de fácil manteamiento y ensamble Se necesita que sea de fácil manteamiento el sistema y se puedan hacer rápidos cambios en su estructura como ensambles y desensambles Se necesita que el sistema posee El sistema posee facilidad de cambio un fácil cambio a opción manual por si se desea realizar un proceso manual Sistema organizado El sistema sea organizado con la línea de la planta. un sistema automático El sistema sea automático Cumpla con los requerimientos Es un sistema basado en polímeros, de seguridad ayudando a la seguridad de la planta Cuadro 3. Relación de especificaciones con necesidades Número 1 2 3 4 5 6 7 8 Necesidad 1,5,6 2,3,4 2,3,4 2,7 1,6 1,2,3,5,6,7 1,2,3,4 1,4,6 Especificación Sensor Dimensiones Partes Material Velocidad Costo Ergonomía Actuador 33 importancia 4 5 4 3 4 5 4 4 unidad mm # partes Unidad/min $ Sujetivo 7 GENERACIÓN DE CONCEPTOS Esta etapa de diseño se descompone el problema en funciones, para conseguir soluciones viables. Donde se identifican las ventajas y desventajas de las opciones por medio del proceso de selección, logrando la evaluación de las funciones más notables. 7.1 CAJA NEGRA En esta parte del diseño, se estudia el problema a partir de las entradas y las salidas, sin observar el funcionamiento interno de la caja negra. Lo importante es la forma de desempeño con el entorno. En la caja negra deben estar muy claras las entradas y salidas. En esta etapa no se requiere saber cómo está compuesta por dentro ella. Figura 13. Caja Negra 34 7.2 DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL En esta etapa se muestra las funciones interiores de la Caja Negra del proceso de transporte de envases, dividida por subfunciones. Figura 14. Descomposición Funcional. 7.3 ENFOQUE PRICINPAL DEL PROYECTO A continuación se ve una lista de los procesos hecho actualmente por los operarios para realizar el transporte de los potes: Acomoda la caja donde se encuentran los envases. Acordonea los envases mientras gira el cuerpo y manos. Se sube sobre una banca. 35 Introduce los envases en la máquina denominada Osgood. El diseño implementado colabora a la minimización/eliminación del riesgo ergonómico de los operarios, ya que el medio de transporte se realiza de manera automática sin la necesidad que estén operarios realizando dicho proceso, además que cumple con los requisitos de la cantidad de producción 7.4 DISEÑO DE CONCEPTOS En esta etapa se realizan interrogantes acerca de la funcionalidades que se van a realizar, para analizar las respuestas de ellas. Se plantean los siguientes interrogantes. ¿Cómo realizar los debidos giros para que los envases de detergentes se entreguen en la posición adecuada? ¿Cómo se entrega los potes de un sistema de transporte a otro? ¿Cómo se entregan los envases de potes a la Osgood Machine? Cada pregunta está hecha con base a los procesos realizados en la empresa, y se plantean con los ingenieros del área. Desarrollo para cada pregunta: 7.4.1 ¿Cómo realizar los debidos giros para que los envases de detergentes se entreguen en la posición adecuada? Hoy en día los operarios realizan esos giros de forma manual; Lo que genera movimientos incorrectos, que generan los riesgos ergonómicos planteados. 36 Primer Concepto Para generar los primeros giros se usa un sistema de transporte con cangilones que puede conseguir el levantamiento de los envases de forma horizontal a forma vertical. El funcionamiento de expulsión de ellos hacia la Osgood Machine se realiza gracias a levas. Segundo Concepto Para lograr lo debidos giros de los potes, se usa el sistema de transporte mediante bandas transportadoras que consiguen esto, como lo es una banda curva que gracias a sus 90º generan el primer giro de los envases. Por medio de cilindros se realizan entregas que permiten que lo envases de detergentes se entreguen a las siguientes bandas para sus respectivos giros. 7.4.2 ¿Cómo se entrega los potes de un sistema de transporte a otro? Mediante cilindros se realiza la entrega de las filas de envases de una banda a otra. En la empresa son usados pistones FESTO, ya que cumplen con todos requerimientos de alta calidad que se maneja en la compañía además de sus diseños que poseen características que ayudan al desarrollo del proceso. En la siguiente imagen se observa la entrega de potes de una banda vertical con pendiente a una banda elevada de posicionamiento. 37 Primer Concepto Figura 15. Primer Pistón El segundo pistón es usado para entregar cada hilera de potes hacia a la banda elevada horizontal, que cumple con la tarea de posicionamiento de los potes hasta ocho hileras requeridas. Una vez estén posicionadas estas hileras se activa el cilindro para continuar con su recorrido Figura 16. Segundo pistón, Pistón Guía. 38 El cilindro en la figura 16, es usado para contrarrestar la caída de los envases este último cilindro, ayudando a la estabilización de las ocho pilas de potes. Este pistón se usa para crear un sistema de posicionamiento de manera vertical. Figura 17. Pistón caída de potes por los tubos. Segundo Concepto. El segundo concepto se ha pensado de forma manual, una vez los potes de detergentes se encuentren de forma vertical, se extraigan por medio de operarios para lograrlos transportar al sistema de alimentación denominado Osgood Machine. Ya que los potes mediante una banda transportadora con cangilones logran levantarse; se evita los giros de los trabajadores permitiendo minimizar los riegos ergonómicos 7.4.3 ¿Cómo se entregan los envases de potes a la Osgood Machine? Mediante bandas transportadoras se realiza el recorrido, desde el punto de caída de los potes, hacia la entrega de la Osgood Machine. Este sistema de transporte es realizado por bandas modulares. Ayudando a contrarrestar las caída de las filas de envases. 39 Figura 18. Estructura de entrega hacia la Osgood Machine. 40 8 SELECCIÓN DE CONCEPTOS. 8.1 MATRIZ PARA EL TAMIZAJE DE CONCEPTOS En esta etapa se realiza una matriz que es usada para el desarrollo de los conceptos más adecuados para el proceso de diseño. Esto se maneja mediante comparaciones de cada uno de los conceptos con los criterios y asignándole una calificación de, mejor que (+), peor que (-) y igual que (0). Con este proceso se escoge el concepto con la mejor calificación para darle continuidad en el proyecto. 8.1.1 ¿Cómo realizar los debidos giros para que los envases de detergentes se entreguen en la posición adecuada? Para realizar el mejor concepto se tiene en cuenta los siguientes puntos. Para realizar el mejor concepto se debe tener en cuenta, que los potes deben realizar dos giros y mantener estables y alienados esta pilas hasta llegar al destino final de su trayectoria. Manejar adecuadamente las especificaciones para cumplir con las medias requeridas, que se adapten a la Filler machine y el espacio de trabajo. Poderse adaptar a el mayor rango de trabajo para tener la producción máxima requerida por la planta. 41 Cuadro 4. Matriz de Tamizaje de Giros de envases Criterio Dimensiones Partes Velocidad Costo Material Positivos Iguales Negativos Total Orden Continuar Ponderación 5 4 4 5 3 Concepto 1 + 0 4 0 13 -9 2 No Concepto 2 + 0 + + + 17 0 0 17 1 Si En esta evaluación se observa que, el mejor concepto a utilizar para realizar los giros adecuados, es mediante los sistemas de transporte. Mencionados en el concepto 2. 8.1.2 ¿Cómo se entrega los potes de un sistema de transporte a otro? Para realizar el mejor concepto se tiene en cuenta los siguientes puntos. Este proyecto tiene como prioridad eliminar los riesgos ergonómicos en los empleados. Logrando así ser la primera planta de la empresa con cero riesgos en la salud de los trabajadores. Velocidad de trabajo, ser un sistema automatizado. Ya que permite trabajar en los aumentos de producción, si el sistema es manejado mediante empleados debe ser por varios de ellos. El espacio de trabajo es importante a la hora de entrega de un sistema a otro. Por esta razón la banda transportadora sería el más indicado para conseguir el trasporte de los potes. 42 Cuadro 5. Matriz de Tamizaje de Entrega de un sistema de transporte a otro. Criterio Dimensiones Partes Velocidad Costo Material Positivos Iguales Negativos Total Orden Continuar Ponderación 5 4 4 5 3 Concepto 1 + + + + 18 0 4 14 1 Si Concepto 2 0 0 0 0 14 -14 2 No El concepto seleccionado para este caso también, en el que se realizan mediante sistemas de transporte (Banda Transportadora). 8.2 RESULTADOS DE DISEÑO FINAL Gracias a los conceptos usados anteriormente, y los análisis realizados con los ingenieros de proyectos, se consigue que el diseño del proyecto se compone de la siguiente manera. Tamaño de filas de envases: Sistema de transporte, cumple con la capacidad máxima de producción de 80 cm por filas de potes. Transporte de los envases: Mediante a las bandas transportadoras. 43 Giros de los envases: Banda transportadora Entrega de los envases de un sistema al siguiente: Banda transportadora y Pistones. 44 9 ELECCIÓN DE MATERIALES Y DISPOSITIVOS. Teniendo ya determinados los conceptos seleccionados, se pasa a la selección de los materiales para realizar los diseños con las especificaciones que la empresa permite para su fabricación. Después de esto se elige los materiales de los mecanismos que lleva el diseño final, esto es mediante matrices de tamizaje, con criterios diferentes. 9.1 ¿DE QUÉ MAERIAL TRANSPORTE? SERÁN FABRICADOS LOS SISTEMAS DE Para la selección del material de las bandas transportadoras se debe tener en cuenta el ambiente de trabajo, las reglas de que existen por ser productos para el hogar. Por tal razón los materiales más usados para ello son; los derivados del polímero, llamadas bandas transportadoras modulares. Cuadro 6. Matriz de tamizaje para el material de fabricación de las Bandas. Criterio Vida Útil Partes Función Mantenimiento Material Positivos Iguales Negativos Total Orden Continuar modular + + + + + 5 0 0 5 1 Si 45 Rodillos Aluminio + + 2 0 3 -1 2 No 9.2 ¿QUE TIPO DE MATERIAL SERÁ USADO PARA LA FARICACION DE LO TUBOS? Mediante los estudios realizados se plantea la necesidad de tubos por donde las filas de potes deben pasar para lograr el proceso deseado. Cuadro 7. Matriz de tamizaje para el material de fabricación de los tubos. Criterio Vida Útil Partes Función Mantenimiento Material Positivos Iguales Negativos Total Orden Continuar UHMW + + + + + 5 0 0 5 1 Si Aluminio 0 0 -5 -1 2 No 9.3 ¿CUAL ES EL SISTEMA QUE SE USARA PARA EL CONTROL DEL PROCESO? En la compañía se manejan programaciones mediante PLC, por tal motivo es el más indicado para ello. En la siguiente tabla se realiza la comparación mediante matriz de tamizaje. 46 Cuadro 8. Matriz de tamizaje para la selección del sistema del Control. Criterio Vida Útil Función Costo Mantenimiento Positivos Iguales Negativos Total Orden Continuar PLC + + + 3 0 1 2 1 Si Micro Controlador 0 + + 2 0 -1 1 2 No 9.4 ¿QUE TIPO DE MOTOR SERÁ USADO PARA LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE? Para el funcionamiento de las diferentes bandas transportadoras, se analiza el peso que va a transportar. Dado que los envases están encajados unos a otros y sin ningún material dentro de ellos, logra minimizar el costo del proyecto dado que no es necesario manejar pesos considerables. Cuadro 9. Matriz de Tamizaje para la selección del motor. Criterio Vida Útil Potencia Costo Mantenimiento Funcionalidad Positivos Iguales Negativos Total Orden Continuar Motor AC + + + 3 0 2 1 1 Si 47 Servomotor + 0 + 0 2 -2 -2 2 No 10 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO En esta etapa de diseño, se realiza la ubicación de las funciones del producto con el análisis de cada una de sus iteraciones. Cuadro 10. Arquitectura del producto. Fila de envases Ángulos de las bandas transportadoras Alineación de los productos Producción Desplazamiento Dimensiones de la banda transportadora DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATICO DE TRANSPORTE DE RECIPIENTES PARA LA ALIMENTACION DE LA NUEVA LINEA DE PRODUCCION DE DETERGENTES Transporte Posicionamiento Desplazamiento de los transportadores Posicionamiento de los envases Guías Empuje de los Productos Espacio Angulo de giro Guías Dimensión Motor Sensor en bandas Sensor de listas Banda Motor Superficie modular Introducción de las Pistón para filas potes Transferir a Banda elevada Pistón para transferir de Banda Vertical a Elevada. 48 10.1 ARQUITECTURA MECANICA Figura19. Arquitectura Mecánica. 49 10.2 ARQUITECTURA ELECTRONICA Figura 20. Arquitectura Electrónica. 50 10.3 ARQUITECTURA NEUMÁTICA Figura 21. Arquitectura Neumática 10.4 SELECCIÓN DE LA ARQUITECTURA DEL PRODUCTO. En la arquitectura del producto se realiza el proceso de selección para que el diseño sea ideal y cumpla con el proceso deseado inicialmente; cuenta con varios factores individuales para el trabajo de la planta, por esta razón se puede denominar arquitectura modular, ya que, está compuesta por varias partes para cumplir con la tarea final deseada. Para el proceso de desarrollo del producto hay un trabajo grupal, visto a continuación. 51 Figura 22. Sinergia de Módulos en Arquitectura. 10.5 COMPONENTES DE CADA MODULO DEL SISTEMA 10.5.1 Módulo 1: Control PLC 10.5.2 Módulo 2: Alimentación Fila de envases. Motor Banda Modular Curva. Sensor potes banda Curva-Banda Vertical. Estructura del sistema de transporte. 10.5.3 Módulo 3: Transporte. Sensor de alineación banda elevada. Sensor de envases en Banda elevada. Sensor potes presentes – llegada a Osgood. Sensor alineación Banda Vertical. Temporizador. 52 Motor Banda Vertical. Motor Banda Elevada. Motor Banda a Osgood 10.5.4 Módulo 3: Pistones. Pistón empujador – Banda Vertical. Pistón empujador – Banda Elevada. Pistón empujador – Banda a Osgood. Sensor pistón fuera – Banda Vertical. Sensor pistón adentro – Banda Vertical. Sensor empujador fuera – Banda Elevada. Sensor empujador adentro – Banda Elevada 53 11 INGENIERÍA DETALLADA 11.1 BANDA MODULAR CURVA Este sistema de transporte es el encargado de recibir las apilaciones de potes de la Máquina Filler horizontalmente, este recorrido da inicio en el punto A, como se observa en la Figura 22. Para el diseño de la banda se tiene en cuenta las medidas de un sistema de transporte con estas características, por eso se toma como referencia la máxima longitud que tienen las filas de envases para su realización; Lo = 80 cm. La longitud máxima se arrojan los siguientes datos, el radio interno es 2.2 veces (176 cm), la estructura al inicio y final de la banda debe tener unas medidas respecto a la longitud máxima denominada (Distancia L), esta longitud es de 1.5 veces el ancho (120 cm). Figura 23. Banda transportadora curva. 54 11.2 BANDA TRANSPORTADORA CON PENDIENTE. Este sistema de transporte recibe las pilas de potes del primer sistema mostrado en la figura 23 Elevando cada apilación hasta su máxima altura. Donde se encuentra el pistón empujador con sus sensores para la activación de él. Los cangilones de esta banda están basados en el material anteriormente nombrados UHMW, ya que este material tiene características muy positivas que no permiten que los potes tengan algún desgate, ya que su coeficiente de fricción es menor al coeficiente de fricción del UHMW. Figura 24. Banda transportadora vertical. 55 11.3 PISTON EMPUJADOR. El uso de este pistón es transportar los apilación de potes de la banda vertical a la banda modular elevada. Tiene una carrera de 80 cm para lograr transportar los potes hasta el siguiente sistema; Posee dos finales de carrera para el sensado de entrada y salida del cilindro, y maneje adecuadamente el transporte a la hora de entrega de la apilación de potes. Figura 25. Pistón Empujador 11.4 BANDA TRANSPORTADORA ELEVADA. Este sistema de transporte cumple con la función de posicionamiento de las filas de envases de izquierda a derecha, hasta cumplir con el llenado de cada cangilón; este diseño se encuentra constituido por UHMW desde su banda hasta los cangilones. Figura 26. Banda Transportadora Elevada. 56 11.5 PINZA GUIA. La herramienta vista en la figura 26, se usa para guiar los potes a través de la banda modular elevada, las caras (PARED) que se observan son de material UHWM. Se seleccionó este material para evitar el desgaste de los potes al tener rozamiento con ellas Esta pinza es accionada por el pistón empujador que se encuentra adjunta a ella. Figura 27. Pinza Guía 11.6 TUBOS GUIAS. Los tubos están diseñados para ser fabricados en UHMW logrando minimizar el deterioro estructural de los potes de detergentes. La razón de escoger este material es debido a que hay rozamiento entre ambas superficies, porque dentro de ellos se transportan dichas apilaciones teniendo como función el cambio de posición de horizontal a vertical. Este material logra minimizar el desgaste ya que el coeficiente de fricción del material de los tubos es mucho menor al de los potes. Los tubos mostrados en la figura 27 y figura 28. Tienen una estructura adaptable a ellos para evitar deformación del material. 57 Figura 28.Tubo guía individual Figura 29. Tubos guías posicionados 11.7 BANDA TRANSPORTADORA A OSGOOD. La función del sistema de transporte “Banda Transportadora a Osgood” es de entregar los potes verticalmente a la máquina OSGOOD. Este sistema posee un pistón para cumplir con una caída adecuada, que es sincronizada con el transporte de los potes al interior del tubo. 58 Figura 30. Banda Transportadora a Osgood. 59 12 DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA Figura 31. Componentes del sistema (Vista Isométrica) Figura 32. Componentes del sistema (Vista Lateral) 60 13 PRESUPUESTO. Cuadro 11. Lista del costo de los componentes del sistema. COP (Peso Colombiano) ITEMS Cilindro Normalizado DSBC Sensor de Proximidad Unidad de Mantenimiento Electroválvula Caja de enchufe Cilindro Normalizado Regulador GRLA 1- 4 Regulador GRLA 1-8 Tubo de plástico Silenciador Motor Protección de motores. Accesorios Eléctricos Fuente de voltaje 220 vac PLC ( Modulo Entradas Modulo Salidas 24VDC, Procesador, Fuente Alimentación) Sistema de transporte Curvo Sistema de transporte Vertical Sistema de transporte a Osgood Sistema de transporte Elevado Precio Unitario 576.497,00 118.107,00 334.084,00 393.808,67 9.909,50 531.168,00 80.846,75 72.742,00 2.874,33 27.178,67 1.250.000,00 230.000,00 1.405.000 1.240.000,00 11.100.000,00 Cantidad Total 2 6 1 3 6 1 4 2 30 3 3 1 1 1 1 1.152.994,00 708.642,00 334.084,00 1.181.426,00 59.457,00 531.168,00 323.387,00 145.484,00 86.230,00 81.536,00 3.750.000 230.000 1.405.000 1.240.000,00 11.100.000,00 47.000.000,00 45.000.000,00 18.000.000,00 1 1 1 47.000.000,00 45.000.000,00 18.000.000,00 22.000.000,00 1 22.000.000,00 Cuadro 12. Lista del costo total de los componentes del sistema. Valor del proyecto 155.506.113,00 1 152.566.113,00 15.506.611,3 1 15.256.611,3 Imprevisto Valor Total del proyecto. $167.822.724 61 13.1 FLUJO DE FONDOS. En la figura 32 y 33: Diagrama del flujo de Fondos, se observan cada uno de los costos que se deben tener en cuenta para la implementación del diseño realizado. Se encuentra proyectado a tres años. En él se muestra el costo de los componentes del sistema de transporte y la producción de ellos. El periodo de recuperación PRI, se da en el octavo mes. Donde se da inicio a la producción, en este mismo tiempo se recuera la inversión realizada del proyecto. Figura 33. Diagrama de Flujo de Fondos (1). 62 Figura 34. Diagrama de Flujo de Fondos (2). 13.2 TIR Y VPN Con los indicador de rentabilidad TIR (Tasa de interna de Retorno) y VPN (Valor presente Neto), se realiza el estudio para la viabilidad economía del proyecto. El VPN es mayor a cero por lo que le da viabilidad al sistema seleccionado con una TO (tasa de oportunidad) del inversionista de 1 %. La tasa de oportunidad con la que cuenta el proyecto es del 93 %, debido a que es un sistema de fabricación de productos de consumo masivo. Teniendo un alto margen de factor de seguridad entre TO y la TIR, consiguiendo una mayor viabilidad. 13.3 BENEFICIOS GENERADOS POR EL PROYECTO. Beneficio de la Eliminación del Riesgo Ergonómico: Con la eliminación del riesgo ergonómico se mejoran procesos, por este lado no es posible tener valores detallados, debido a que es un proceso que se desea implementar en un futro. Los costos de las enfermedades profesionales generadas si el proceso se realiza de forma manual son los siguientes: 63 Costo de rotación profesional generada por incapacidades. Costo de entrenamiento del personal nuevo. Costo del manejo de la enfermedad de la persona. Beneficio de producción con el sistema diseñado: Con el sistema de transporte se consiguen beneficios para la compañía, ya que la planta queda como sistema de riesgo cero. Por tal motivo no se necesita de personal de trabajo para el transporte de las hileras de potes. Logrando tener las siguientes ventajas: Aumento de producción. Eliminación del riesgo ergonómico. Cuidado en el material de los envases. Sanidad, Gracias al material con el que se encuentra fabricado el sistema. 64 14 CRONOGRAMA. El cronograma se basa en el proceso estructural concurrente, teniendo como objetivo fechas límites de etapas para conseguir en la fecha deseada cada proceso a realizar y el proyecto final. El siguiente cronograma mostrado en la Tabla 10. Muestra los pasos para la ejecución del proyecto, la compañía siempre está al tanto de las fechas ya que es de suprema importancia, por tal motivo se registran las fechas de las semanas de trabajo, que son mostradas en la siguiente tabla. Cuadro 13. Cronograma del proyecto 65 15 CONCLUSIONES Se consiguió tener el diseño deseado de un sistema mecatrónico, cumpliendo con el requisito de la mejora de las condiciones de trabajo en los operarios y las especificaciones de la producción en la planta de detergentes MOMCLEAN. Gracias a los estudios realizados, se pudo detectar las ventajas y desventajas en cada sistema planteado en el desarrollo de diseño. Así permitiendo escoger la más indicada. Se analizaron los riegos profesionales que se pueden ocasionar al realizar el transporte manualmente, teniendo un análisis de las patologías que se pueden evitar, prevaleciendo la salud de los trabajadores en la panta. Gracias a la arquitectura modular, el sistema de transporte de envases cumple con los requerimientos del cliente. Para la adaptación, organización y mantenimiento de la línea. Se obtuvo información de los procesos actuales usada en la compañía, por operarios y analizada con el ingeniero de proyecto. Con el diseño se logró aplicar todos los conocimientos adquiridos en el trayecto de formación académica universitaria, además ganando conocimientos de la vida real que enriquecen el crecimiento como profesional. 66 16 RECOMENDACIONES El diseño de la banda transportadora curva, debe cumplir con estándares de radios y distancias, debido al ser una banda modular. Las especificaciones pueden tener pequeños cambios en los proveedores. La arquitectura modular del sistema posibilita realizar cambios, en la sección de tubos, logrando realizar cambios de fácil manera, abriendo la posibilidad de recibir piezas de varios proveedores. 67 17. BIBLIOGRAFÍA GARCÍA FLORES, Rodolfo. Ingeniería concurrente y tecnologías de la información, Universidad Autónoma de Nuevo México, Facultad de ingeniería Mecánica y Eléctrica; [Consultado 15 de octubre]. Disponible en http://ingenierias.uanl.mx/22/ingenieriaconcu.PDF Guía para el diseño ergonómico, Colgate Palmolive EOHS Guía p. 5- 6 enero 2012. Ministerio de protección Social, Guía de Atención Integral de salud Ocupacional basada en la evidencia para Hombro doloroso relacionado con factores en el trabajo. P 20 noviembre 2006. Modelos CAD natives para los siguientes sistemas: AutoCAD®, Autodesk® Inventor™, CATIA® V5, Pro/ENGINEER®, NX™. Versión 9.0. Organización internacional del trabajo. La salud y la seguridad en el trabajo [en línea]. OIT. [Consultado 15 de diciembre de 2013]. Disponible en internet: http://training.itcilo.it/actrav_cdrom2/es/osh/ergo/ergoa.htm PIEDRAFITA MORENO, Ramón. Ingeniería de la automatización industrial, Mexico D.F: ALFAOMEGA GRUPO EDITRO S.A, 2001. 559p. Rexnord tabletop, Catálogo de productos, cadena Tabletop y Mattop Introducción a Mattop. Mallas modulares p. 130. Rexnord tabletop. Catálogo de productos, cadena Tabletop y Mattop. Serie 1500. p 138. 68 ANEXOS Anexo A. Diagrama de arranques Figura 35. Diagrama de Flujo de Arranque en frio Condiciones o eventos que producen un arranque en frio. Cuando la alimentación de reanuda con pérdida de contexto. Mediante el comando de inicialización desde la consola. Durante la primera ejecución de una aplicación Presionando el Botón RESET. Al poner a 1 el bit %S0 mediante el programa. 69 Inicialización de datos y del sistema. Cuando se produce un arranque en frio se produce una inicialización de datos y del sistema. Puesta a cero de los bits. Inicialización de bits y palabras de sistema. Inicialización de los bloques función (Temporizadores, Contadores) a partir de los datos de configuración, puesta a cero de los bits de salida de los bloques de función. El grafcet se inicializa, se activan las etapas iniciales. Figura 36. Diagrama de Flujo Arranque en caliente Condiciones o eventos que producen un desarranque en Caliente. Cuando la alimentación se reanuda sin pérdida de contexto. Al poner a 1 el bit %S1 mediante el programa. Mediante un comando de consola. 70 Tratamiento del Rearranque en Caliente Si el usuario desea un tratamiento especial del rearranque en caliente deberá escribir un programa especialmente dedicado al principio de la tarea maestra que se ejecuta mediante prueba del Bit %S1=1 Evolución de las salidas Cuando se detecta un corte de corriente las salidas se ponen en posición de retorno o en posición de conservación de su valor actual, según lo que se determinó en la configuración de los módulos de salida. Cuando se reanuda la alimentación las salidas permanecen en el estado cero hasta que el sistema las actualice. Si se produce un rearranque en caliente, el valor actual de los temporizadores y monoestables se congela durante el corte de corriente. En los contadores no tiene ninguna incidencia. 71 Anexo B. Sensor FUENTE: http://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/17076/esm_es.pdf 72 Anexo C. Cilindros neumáticos. Los cilindros neumáticos son dispositivos mecánicos cuáles producen fuerza, a Por el movimiento que es generado por gas comprimido (generalmente aire). Para realizar su función, los cilindros neumáticos imparten una fuerza al convertir energía potencial de gas comprimido en energía cinética. Esto es alcanzada por el gas comprimido que puede ampliarse, sin entrada de energía externa, que sí mismo ocurre debido al gradiente de la presión estableció por el gas comprimido que estaba en un mayor presión que presión atmosférica. Esta extensión del aire fuerza a pistón para moverse en la dirección deseada. El cilindro es una pieza hecha con metal fuerte porque debe soportar a lo largo de su vida útil un trabajo a alta temperatura con explosiones constante de combustible, lo que lo somete a un trabajo excesivo bajo condiciones extremas. Una agrupación de cilindros en un motor constituye el núcleo del mismo, conocido como bloque del motor. Figura 37. Cilindro Neumático. Fuente: Catálogo de productos, versión 9.0. Modelos CAD natives para los siguientes sistemas: AutoCAD®, Autodesk® Inventor™, CATIA® V5, Pro/ENGINEER®, NX™, SOLID EDGE® and SolidWorks® 73 Uso de cilindros neumáticos. Los pistones serán usados para el transporte de una pila de potes de jabón, el cual tiene como peso 800 gramos. Fuente de Voltaje 220vac-24vdc 5A. Se necesita dos pistones con las siguientes características: -Carrera 86 cm. -Diámetro 40 cm. -Detención de posición (Inicial- Final) Además: -Estructura de ensamble. -Válvulas -Accesorios de distribución de aire Características del cilindro neumático. -Carrera 18 cm. -Diámetro 32 cm. -Detención de posición (Inicial- Final) Figura 38. Cilindro de transporte 74 Anexo D. Diagrama de flujo del proceso En el siguiente diagrama se explica el proceso completo del sistema de transporte, en un diagrama de flujo. Figura 39. Diagrama de Flujo. 75 76 Nomenclatura de los componentes para la secuencia de programación. Sensores. S0 Arranque en frio (Reanudacion de alminentacion de perdida de los datos) S1 Rearranque en caliente ( Reanudacion de alimentacion de alimentacion sin perdidas de datos) S2 Potes llegaron ( union banda Curva- Banda Vertical ) S3 Sensor de alineación de Banda Elevada. S4 Piston Empujador Fuera ( Cilindro de la banda Vertical) S5 Piston Empujador Adentro ( Cilindro de la banda Vertical) S7 Sensor Potes LLegaron Banda Elevada S8 Sensor empujador fuera ( Cilindro del rastrillo de ocho guias ) S9 Sensor empujador adentro ( Cilindro del rastrillo de ocho guias ) S10 potes presente ( Potes llegaron) S11 Sensor empujador tubo fuera ( cilindro guia tubo) S12 Sensor empujador tubo adentro (cilindro guia tubo) S13 Sensor de alineancion de Banda Vertica S14 temporizador S15 Sensor de potes pasaron. S16 Motor de la banda Vertical S17 Motor banda elevada S18 Motor banda a Osgood S19 Motor Banda Curva Pistón PI Piston Empujador Fuera ( Cilindro Banda Vertical) P2 Piston Empujador Adentro ( Cilindro Banda Vertical) P3 Piston Empujador Fuera ( Cilindro del Rastrillo de ocho guias) P4 Piston Empujador Adentro ( Cilindtro del Rastrillo de ocho guias) P5 Piston Empujador tubo guia Fuera. P6 Piston Empujador tubo guia Adentro . 77 Motores M1 Motor Banda Curva M2 Motor Banda Vertical M3 Motor Banda Elevada M4 Motor Banda a Osgood 78 Anexo E. Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMW) Generalidades El polietileno es un material termoplástico no polar semicristalino, utilizado para la fabricación de semielaborados. Empleado en la industria en general por su versatilidad de usos, posee excelentes cualidades de aislamiento eléctrico, son prácticamente insolubles en casi todos los disolventes orgánicos, inodoros, insípidos e indiferentes fisiológicamente. Por sus buenas propiedades de deslizamiento es el plástico más utilizado para la construcción de piezas que estén sometidas a roce mecánico. Debido a su ultra alto peso molecular posee mejores propiedades de resistencia al desgaste y abrasión que el polietileno de alto peso molecular. Selección de Materiales Para la selección de materiales se tienen en cuenta las especificaciones de los materiales utilizados por los envases. Cuadro 14. Lamina de Fabricación. Con base a las especificaciones estudiadas se enfocó en el coeficiente de fricción dinámico, ya que el estudio cinemático es de suma importancia para mantener la calidad de los productos de la compañía. En la siguiente tabla se observará los dos materiales escogidos por su bajo coeficiente de fricción. 79 Cuadro 15. Coeficiente de Fricción del material. UHMW Material (Polimeros) Coeficiente de Fricción Dinámico 0,12 - 0,20 Para no ocasionar daños en los potes se ha se seleccionado el UHMW, por su bajo coeficiente de fricción, ya que si su coeficiente de fricción es menor al coeficiente de fricción por el cual está constituido los potes, ayuda a mantener el buen estado de ellos a nivel atómico y el fácil transporte por todo el sistema. Debido a que los potes se van a transportar mediante deslizamientos van a haber roces entre ellos con las paredes de los cangilones y la parte inferior de las bandas transportadoras. 80 Anexo F. Tubo Estudio de Movimiento Cuadro 16. Material de fabricacion del Tubo UHMW tension. Name stresses Type Von mises stress Mín 283.132 N/m^2 Máx 25448 N/m^2 Figura 40. Simulación tensión Cuadro 17. Material de fabricacion del Tubo UHMW desplazamiento. Name Displacement Type Resulting displacement Figura 41. Simulación desplazamiento 81 Mín 0 mm Máx 0.00458848 mm Estudio de movimiento. Cuadro 18. Material de fabricacion del Tubo UHMW esfuerzo. Name Displacements Type strain Mín 1.52472e007 Figura 42. Simulación esfuerzo 82 Máx 6.26827e-006 Anexo G. Planos del sistema Medidas expresadas en mm. Figura 43. Banda Transportadora Modular curva 83 Banda Transportadora Modular Vertical. Figura 44. Banda transportadora vertical. 84 Banda Modular elevada. Figura 45. Banda transportadora modular elevada. 85 Banda Modular hacia la Osgood. Figura 46. Banda modular a Osgood. 86 Anexo H. Patologia. Tendinitis: Las Tendinitis del manguito rotador representan un espectro de patologías agudas y crónicas que afectan el tendón en sus cuatro componentes o a cada uno de ellos en forma aislada. Las manifestaciones agudas (a cualquier edad) pueden ser representadas por una condición dolorosa u ocasionalmente por un deterioro funcional o por ambos, representando las variaciones entre inflamación de tejidos blandos (mínimo compromiso estructural) y la irritación extrema por avulsión completa (marcado compromiso estructural). La manifestación crónica (se presenta con mayor frecuencia en la década de los cuarenta) es siempre asociada con un incremento gradual de síntomas, especialmente durante las actividades repetitivas o por encima del nivel del hombro. La Tendinitis Bicipital se presenta como dolor localizado en la parte anterior del hombro y puede irradiarse a lo largo del tendón bicipital dentro del antebrazo, con frecuencia ocurre concomitantemente con síndrome de pinzamiento o ruptura del manguito rotador. . 87
