INDICE YA TE LLEGO LA TESISINSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIERÍA EN ROBÓTICA INDUSTRIAL OPTIMIZACIÓN DE UNA MÁQUINA SUAJADORA PROYECTO TERMINAL II FÉLIX FLORES JOSÉ RAMSÉS TORRES VERA JOSÉ ISRAEL DELGADO MORALES MARIO GARCÍA MORALES CARLOS ALBERTO PROFESOR: M. en C. LUIS ENRIQUE SOTO MUCIÑO i API EVOLUTION (Automatización de Procesos Industriales) LEMA: “LISTO PARA LA INDUSTRIA” SLOGAN: “EVOLUCIÓN A BAJO COSTO” MISIÓN: PROPORCIONAR A LAS PYMES SOLUCIONES TECNOLÓGICAS A BAJO COSTO VISIÓN: CONTRIBUIR AL DESARROLLO Y CRECIMIENTO TECNOLÓGICO DE LAS PYMES MEXICANAS ii INDICE Problemática VII Objetivos General VIII Objetivos Particulares VIII Justificación IX Capítulo I: Estudio del Estado del Arte 1. o Estudio del Estado del Arte 2 1.1 Contexto Histórico 2 1.2 Contexto Tecnológico 5 1.2.1 Tecnología de Suajado 5 1.2.2 Tecnología Rodillo para Suaje 6 1.2.3 Tecnología Troquel 7 1.2.3.1 Troquel (cortante) 7 1.2.3.2 Tipos de Troquel 8 1.3 Contexto Normativo 8 1.4 Contexto Organizacional 11 1.5 Contexto del Proceso Actual 13 Capítulo II: Estudio del Estado Actual 2. o Estudio del Estado Actual 16 2.1 Análisis de los Sistemas Actuales 16 2.1.1 Sistema de Presión por Rodillos 16 2.1.2 Sistema de Corte por Troquel 17 2.1.2.1 Troquel Lineal y Angular 18 2.2 Diagnóstico de los Sistemas Actuales (análisis FORD) 18 2.2.1 Análisis FORD del Sistema con Rodillos 19 2.2.2 Análisis FORD del Sistema con Troquel 20 2.3 Ponderación de la Problemática 22 2.4 Problemática 23 2.5 Planteamiento de las Soluciones 24 2.5.1 Selección del Sistema 24 2.5.2 Selección del Sistema Técnico 25 2.6 Solución 26 iii Capítulo III Diseño de un Nuevo Modelo 3. o Diseño de un Nuevo Modelo 28 3.1 Propuesta del Nuevo Modelo 28 3.1.1 Ensamble de la Máquina 29 3.2 Memoria de Cálculos 34 3.2.1 Selección de Catarinas 34 3.2.2 Determinación de Velocidad 37 3.3 Cibernética del Sistema 39 3.3.1 Etapa de Sensado 43 3.3.2 Etapa de Control 45 3.3.2.1 Conexiones Eléctricas 46 3.3.2.2 Programación 47 3.3.2.3 Descripción del Diagrama de Programación 49 3.3.3 Etapa de Regulación 53 3.3.4 Etapa de Potencia 54 Capítulo IV Análisis Económico 4.0 Análisis Económico 56 4.1 Inversiones del Proyecto 56 4.1.1 Inversiones en Terreno y Obras Físicas 56 4.1.2 Inversiones en Equipamiento 57 4.1.3 Costos de Ingeniería 58 Discusión 62 Recomendaciones 65 Conclusiones 66 Glosario de Términos 67 Fuentes de Información 69 FIGURAS 1.1 Herramientas usadas por los herreros como la tajadera, el tranchete del yunque y el cortafrío 3 1.2 Tijeras en forma de U y pivote 3 iv 1.3 Prensa de balancín de Nicolás Briot (1626), diseñada por Leonardo da Vinci, y que supuso la puesta en marcha generalizada de la acuñación de moneda 4 1.4 Punzonadoras combinadas con cizalla, accionadas a mano, para punzonar, cortar palastro y perfiles diversos. 4 1.5 Punzonadoras combinadas con cizallas a principios del siglo XIX 5 1.6 Suajadora Semiautomática de Rodillos 6 1.7 Organigrama que presenta la Empresa Especialidad en Maquilados S.A. en el 2007. 11 1.8 “Lay Out” que presenta la Empresa Especialidad en Maquilados S.A. En el 2007 en el cual ubicamos el área donde se desarrolla el presente proyecto. 12 1.9 Esquema de cómo se lleva a cabo paso a paso la operación dentro del proceso de corte. 14 2.1 La fuerza total es aplicada en la línea entre las dos flechas 17 2.2 En la parte izquierda se presenta el troquel lineal y en la parte derecha el troquel angular 18 2.3 Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 22 3.1 Modelado de la maquina suajadora por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 28 3.2 Estructura de la maquina. 29 3.3 Soporte inferior fijo sobre los barrenos centrales y la brida. 29 3.4 Conjunto base móvil. 30 3.5 Ensamble de la base móvil sobre las guías. 30 3.6 Ensamble de la tuerca sobre el husillo. 31 3.7 Ensamble del soporte superior. 31 3.8 Mecanismo de ajuste por resorte. 32 3.9 Ensamble del mecanismo de ajuste sobre la estructura. 32 3.10 Ensamble de los rodillos de soporte. 33 3.11 Ensamble de las catarinas. 33 3.12 Máquina suajadora 34 3.13 Diagrama de cuerpo libre de los rodillos. 38 3.14 Diagrama a bloque tablero de control. 40 v 3.15 Diagrama eléctrico tablero de control 41 3.16 Conexiones externas requeridas en botones pulsadores. 43 3.17 Accionamiento de los motores con sus respectivos medios de arranque. 44 3.18 PLC marca Siemens modelo Logo RC232. 45 3.19 Diagrama a Bloque de PLC. 46 3.20 Conexiones internas del PLC. 46 3.21 “Software” de programación Logo!soft-comfort versión no 4.0 cortesía siemens AG 2003. 47 3.22 Diagrama de flujo programa de control 48 3.23 Programa suajadora en modo KOP ver 1.0 49 3.24 1er línea de Programa escalón no.1 del diagrama de escalera 51 3.25 2da línea o escalón de programa. 52 3.26 3da línea o escalón de programa. 52 3.27 4da línea o escalón de programa. 53 3.28 5ta línea o escalón de programa. 53 3.29 Circuito regulador de alimentación en el motor de ajuste 54 3.30 Circuito de potencia de los motores 54 4.1 Grafica de análisis económico. 61 5.1 Maquinado de piezas 85 5.2 Mecanismo de elevación 85 5.3 Base de los soportes 86 5.4 Motor del mecanismo 86 5.5 Alineación de la cadena 87 5.6 Sistema de tensión de cadena 87 5.7 Ensamble de la parrilla y la cadena superior 88 5.8 Prototipo terminado 88 TABLAS 1 Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API EVOLUTION) así como la problemática que se refiere a cada uno de los criterios. 23 2 Selección del sistema en base a criterios ponderantes propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 24 vi 3 Selección del sistema técnico en base a criterios ponderantes propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 25 4 Tabla de clasificación de servicio. 34 5 Tabla de selección de factor de servicio. 35 6 Especificaciones catarinas estándar no. 40. 36 7 Distribución de bornes y nomenclatura tablero de control. 42 8 Distribución de conexiones físicas en el PLC. 50 9 Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico. 57 10 Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico. 58 11 Costos hora/hombre de ingeniería 58 12 Cotización de dispositivos de sistema mecánico. 59 13 Cotización de dispositivos de sistema eléctrico. 60 ANEXOS A Descripción de los Departamentos que comprende la empresa Especialidad en Maquilados S.A. 71 B Planos de la Suajadora 74 C Especificaciones de Catarinas 84 D Desarrollo del Proyecto 85 vii PROBLEMÁTICA. La empresa Especialidad en Maquilados S.A. se dedica al servicio de maquila en la rama de empaquetado y embalado, para empresas manufactureras que requieren presentación y protección de sus productos al momento de ser transportados y comercializados en el mercado. El motivo por el cual se desarrolla el presente proyecto radica en la solicitud por parte de la Mesa Directiva de dicha empresa al equipo de trabajo, con la finalidad de atender diversas problemáticas que el sistema actual presenta. Principalmente en los periodos de alta demanda, no cuenta con la capacidad para satisfacer los volúmenes de producción requeridos, lo que repercute en una pérdida de mercado potencial en que se desarrollan comercialmente. En relación al producto, éste presenta deficiencias notables en el corte. Esto tiene como consecuencia que la calidad, que indudablemente es un elemento trascendental, se vea mermada, siendo un impedimento para continuar vigentes en el mercado. Por otra parte, la inseguridad que tiene la máquina genera que existan altos costos, pago de incapacidades, problemas para alcanzar los volúmenes de producción establecidos, alta rotación de personal, entre otros. Ante esto, la empresa tiene la necesidad de optimizar la fase de corte, a un costo accesible y en que en medida de lo posible satisfaga las necesidades prioritarias. Por esta razón, el presente proyecto, se plantearán las posibles soluciones con base en el análisis de las herramientas necesarias para la solución de los problemas mencionados. viii OBJETIVO GENERAL Optimizar y rediseñar una máquina suajadora de materiales suaves, que pueda incrementar la producción en este proceso, a un costo accesible para PYMES. OBJETIVOS PARTICULARES Optimizar la mano de obra actual, para lograr una mejor estructura de costos de producción. Maximizar la producción de piezas cortadas para cumplir con los niveles de demanda que exige el mercado. Establecer los principios del sistema de corte para lograr un sistema flexible que integre distintos tipo de cortes, bajo las mismas restricciones del sistema a desarrollar. Diseñar un sistema de seguridad para garantizar las condiciones óptimas para el Operador y maquinaria. Desarrollar un sistema de corte en un sólo proceso para minimizar los tiempos ciclo de operación. Mejorar la calidad de corte para evitar re trabajos manuales en esta operación. Minimizar los costos de compra para que este tipo de soluciones sean adquiridas por las PYMES. ix JUSTIFICACIÓN El presente proyecto se desarrolla con distintos fines particulares. La integración de éstos permiten establecer el horizonte tecnológico como meta única en el desarrollo de este proyecto. Actualmente existe una agresiva tendencia a buscar los máximos ahorros de operación sin perder de vista los niveles de producción y calidad establecidos por el mercado actual. Ante ello, el presente proyecto pretende lograr una disminución de la mano de obra en la fase de corte en aproximadamente el 66% del recurso actual. Sin duda, existe un gran debate al analizar si es adecuado o no disminuir el número de operarios al introducir sistemas de automatización. La tendencia de este desarrollo se traduce en re-ubicar al personal desplazado a tareas de supervisión y apoyo en áreas periféricas. Por otra parte, la demanda actual en este mercado implica un volumen creciente de producción, lo cual deriva en que cada una de las fases del proceso productivo tenga que optimizarse. Esto no es tarea fácil, ya que en la mayoría de las veces se tienen que integrar diversas ramas del conocimiento. Específicamente para la fase de corte se establecen tres diseños: mecánico, de controles y seguridad, para alcanzar los niveles de producción requeridos en esta etapa, tomando en cuenta las bondades que los equipos de “hardware” ofrecen hoy en día para realizar cambios en la operatibilidad del sistema de una manera muy rápida. Hoy en día la competencia existente en el mercado empuja a las empresas a hacerse de tecnologías de punta, que puedan cumplir con los estándares de calidad, seguridad, costos de producción, etc., impulsando así al desarrollo de nuevas tecnologías. Por esta razón el presente proyecto y con base en los análisis necesarios planteará la solución para el desarrollo de una nueva estrategia que satisfaga en la medida que el proyecto requiere las necesidades que se plantean por las PYMES. La seguridad del personal es un punto muy importante. Seguridad no significa en todos los casos, costos; sino lo contrario, pues invertir en este punto, a largo plazo implica un menor número de accidentes, que a su vez se traduce en menos costos por indemnizaciones. Además habrá mayor confianza en la máquina por parte de x los operadores, quienes podrán trabajar de una manera más confortable, tampoco debe perderse de vista que la seguridad no sólo aplica para el usuario sino también para la máquina y el producto. Es por esto que, para este proyecto, serán tomadas en cuenta todas las medidas de seguridad necesarias La calidad actualmente se refiere a hacer bien las cosas, por ello la búsqueda de una calidad y mejora continua es de gran importancia en todo proceso, ya sea administrativo, productivo, personal etc.… dando lugar a un constante crecimiento y reflejado en oportunidades en un futuro próximo. Ante ello el presente proyecto considera dicho punto un aspecto importante a tomar en consideración. 1 CAPÍTULO I Estudio del estado del arte CONTEXTO HISTÓRICO; CONTEXTO TECNOLÓGICO; CONTEXTO NORMATIVO; CONTEXTO ORGANIZACIONAL; CONTEXTO DEL PROCESO ACTUAL. El presente capítulo integra los contextos necesarios para fundamentar el presente proyecto. 2 1.0 ESTUDIO DEL ESTADO DEL ARTE Es necesario conocer todos los contextos más relevantes para fundamentar el presente proyecto, ya que con ellos obtendremos una mejor perspectiva del problema que se presenta. Para entender más ampliamente el tema de este trabajo, se detalla, a continuación, de forma concreta lo que es una suajadora. Las máquinas del tipo corte con suaje (“Suajadoras”), se utiliza cuando se requiera fabricar corridas no muy grandes, con cambios constantes de modelos. El corte por medio de suaje es una pleca que corta contra una superficie plana. Este sistema es muy económico, por lo que en piezas que requieran corridas pequeñas (promociones de “Blister Pack”, charolas, y diferentes tipos de empaques), este tipo de máquinas es lo ideal. La característica de los productos fabricados en estas máquinas son: poco volumen de producción, superficies grandes y poca profundidad. 1.1 CONTEXTO HISTÓRICO [8] El corte es una actividad fundamental y primaria que se ha dado a lo largo de la historia para la subsistencia de cualquier civilización. Sin duda, su mayor auge comienza cuando existe la necesidad de fabricar herramientas. En el presente proyecto hacemos referencia a la historia de la actividad de corte. Ésta sin duda puede ser extensa y con bastantes vertientes. Ante ello, sólo haremos mención de algunos puntos claves que nos ayuden a entender sus orígenes e historia, así mismo, hacer reflexión de la importancia de hoy en día que ha cultivado desde sus inicios. La tajadera, el tranchete del yunque y el cortafríos Fig. 1.1: usados por los herreros durante siglos, han sido las herramientas universales para cortar en frío y caliente: chapa, palastro y perfiles diversos. 3 Para el corte de chapa o fleje, la tijera o cizalla ha sido el instrumento básico durante siglos. Como instrumento manual, el uso de la tijera se remonta a la edad del bronce. En sus inicios era una hoja de metal doblada en forma de U y sólo a partir del siglo XIV aparecen las tijeras de pivote, con las dos hojas móviles alrededor de un eje. Véase Fig. 1.2. La llamada cizalla o tijera de palanca, manejada manualmente, permitía cortar espesores de hasta 5 mm y también podía ser accionada a pedal. Para principios del siglo XVI, Leonardo Da Vinci había diseñado la laminadora, la recortadora y la prensa de balancín (Fig. 1.3). Estos diseños sirvieron a Cellini para construir una rudimentaria prensa de balancín en 1530, pero la puesta en práctica generalizada se atribuye a Nicolás Briot en 1626. Fig. 1.1 Herramientas usadas por los herreros como la tajadera, el tranchete del yunque y el cortafrío Fig. 1.2 Tijeras en forma de U y pivote 4 Fig. 1.3 Prensa de balancín de Nicolás Briot (1626), diseñada por Leonardo da Vinci, y que supuso la puesta en marcha generalizada de la acuñación de moneda Fig. 1.4 Punzonadoras combinadas con cizalla, accionadas a mano, para punzonar, cortar palastro y perfiles diversos. El francés Blaise Pascal, prodigio en matemáticas, descubrió en 1650 el principio de la prensa hidráulica. El principio de Pascal afirma que, “cualquier aumento de presión en la superficie de un fluido se transmite a cualquier punto del mismo. Un depósito con dos émbolos de distinta sección conectados a él permite amplificar la fuerza aplicada en el émbolo pequeño y además cambia la dirección de la fuerza aplicada”. En 1845, el francés Calla construye una cizalla accionada a vapor, para cortar palastro grueso. Se desarrollan punzonadoras combinadas con cizalla (Fig. 1.4) accionadas a mano, para punzonar, cortar palastro y perfiles diversos. 5 Fig.1.5 Punzonadoras combinadas con cizallas a principios del siglo XIX Hacia finales del siglo XIX se desarrollan varias máquinas más potentes para ser accionadas por transmisión. Máquinas para enderezar palastro, cintradoras para curvar llantas, ángulos, etc. (Fig. 1.5). Cizallas para cortar palastro y plegadoras para chapa y palastro delgado. A principios del siglo XX, también para ser accionadas por transmisión se construyen punzonadoras combinadas con cizalla, para cortar palastro, perfiles en ángulo, barras redondas, cuadradillos, etc. En las décadas siguientes se construyeron cizallas cada vez más potentes y sofisticadas, equipadas con varias cuchillas o combinadas con punzonadoras. “Por su flexibilidad y facilidad de traslado a pie de obra, las cizallas y punzonadoras accionadas a mano siguen siendo imprescindibles”. 1.2 CONTEXTO TECNOLÓGICO 1.2.1 Tecnología de Suajado El proceso de corte que a continuación se describe brevemente, es realizado a través de una máquina denominada “suajadora”. El proceso de suajado se realiza por medio de unas cuchillas, con la forma de la plegadiza extendida, colocada en una base de madera calada, que es 6 posteriormente instalada en un equipo que funciona como una prensa, troquelando la figura que se encuentra en la tabla de suaje. Existen básicamente tres tipos de cuchillas, llamadas plecas. Las plecas de corte que tienen la función de definir la forma de la plegadiza. Las plecas de doblez, facilitan el trabajo del doblado del material y las plecas de punteado, que permiten el desprendimiento de ciertas partes plegadizas. El herramental usado en este proceso es el suaje, el cual es confeccionado con placa de acero, para cortar, doblar o marcar materiales blandos como: papel, tela, cuero, plástico etc. Los flejes son tiras de metal con filo en un lado. Las placas de doblez no tienen filo. Existen placas para corte continuo, corte intermitente o doblez. 1.2.2 Tecnología Rodillos para Suaje La Suajadora de Rodillos (Fig. 1.6) es una máquina económica ideal para troquelado, perforado y repujado de diversos materiales, tales como: plásticos, termo formados, hojas de "Skin Pack", cartón, hule espuma, piel, etc. El tiempo empleado en cada ciclo es menor que el de los troqueles hidráulicos convencionales, debido a que los rangos de producción son mayores. La fuerza de corte es concentrada entre los puntos tangentes de dos rodillos opuestos y aplicada progresivamente al suaje, a medida que éste pasa entre ellos, Fig. 1.6 Suajadora Semiautomática de Rodillos 7 de tal manera que la fuerza requerida para cortar la línea tangente entre los rodillos y el suaje es mínima, lo cual reduce considerablemente el desgaste del herramental. La máquina cuenta con un dispositivo de seguridad, que invierte automáticamente el sentido del giro de los rodillos suajadores, cuando un cuerpo extraño trata de introducirse entre el suaje y el rodillo superior. La altura del rodillo superior es regulable para ajustarse a la altura del artículo dentro del rango que el modelo permita, mediante un husillo, que puede accionarse del lado izquierdo o derecho. 1.2.3 Tecnología de Troquel [1] 1.2.3.1 Troquel (Cortante) Instrumento o máquina de bordes cortantes para recortar o estampar por: presión, planchas, cartones, cueros, etc. El troquelado es, por ejemplo, una de las principales operaciones en el proceso de fabricación de embalajes de cartón. El troquel consiste en: Una base de una matriz con mayor resistencia o dureza que las cuchillas o estampa de elaboración de la pieza. Las regletas cortadoras o hendedoras. Sus funciones son las siguientes: o Cortar adecuadamente para perfilar la silueta exterior o bien para fabricar ventanas u orificios interiores o Hender, para fabricar pliegues o Perforar con el fin de crear un pre cortado que permita un fácil rasgado o Semicortar, es decir, realizar un corte parcial que no llegue a traspasar la plancha 8 Gomas. Gruesos bloques de goma que se colocan junto a las cuchillas y cuya función es la de separar por presión el recorte sobrante. 1.2.3.2 Tipos de Troqueles Existen dos tipos básicos de troqueles: Troquel plano. Su perfil es plano y la base contra la que actúa es metálica. Su movimiento es perpendicular a la plancha consiguiendo así una gran precisión en el corte. Troquel rotativo. El troquel es cilíndrico y la base opuesta, está hecha con un material flexible. Al contrario que en el troquelado plano, el movimiento es continúo y el registro de corte es de menor precisión. Ello es debido a que la incidencia de las cuchillas sobre la plancha se realiza de forma oblicua a la misma. Los embalajes fabricados en rotativo son, por tanto, aquéllos que no presentan altas exigencias estructurales tales como las “Wrap Around” o algunas bandejas. Por su movimiento continuo, el troquelado rotativo consigue mayores productividades en fabricación que el plano. En la industria del cartón ondulado se utilizan indistintamente ambos tipos de troquel, si bien en la fabricación de cartoncillo se da el plano por sus mayores necesidades de precisión. En la industria del calzado se utiliza el troquel plano, realizado con un fleje especial de acero dispuesto perpendicularmente a la piel que descansa sobre una superficie plana. El fleje está reforzado con platinas de hierro que mantienen la perpendicularidad de éste. El diseño del troquel viene definido por las necesidades del envasador pudiendo conferir a la caja las más variadas formas. Su fabricación es todavía muy artesanal realizándose siempre bajo pedido. 1.3 CONTEXTO NORMATIVO Dentro del contexto normativo encontramos que se aplican algunas de las normas y reglamentos de acuerdo a la Secretaria del Trabajado y Previsión Social de forma 9 general para máquinas, es decir, normas de seguridad que deben tener las máquinas para resguardar la integridad de los trabajadores, del mantenimiento y su respectiva operación. La máquina y el equipo que se construya deben contar con las condiciones de seguridad e higiene de acuerdo a las normas correspondientes que dicta la STPS. De acuerdo con la norma: NOM-004-STPS-1999, “Sistemas de protección y dispositivos de Seguridad en la maquinaria y equipo que se utilice en los centros de trabajo”. Donde encontramos que las partes móviles de la maquinaria y equipo y su protección, deberán revisarse y someterse a mantenimiento preventivo y, en su caso, al correctivo, de acuerdo a las especificaciones de cada maquinaria y equipo. Se debe contar con elementos que cubran a la maquinaria y equipo para evitar el acceso al punto de operación y evitar un riesgo al trabajador. En su instalación y operación se recomienda considerar aspectos ergonómicos que contemplen: la postura del trabajador, el trabajo estático y dinámico de la actividad, así como la ubicación de los elementos de control. Se debe de proporcionar un instructivo por escrito para la utilización y control de las máquinas, las que contendrán como mínimo, indicaciones para su uso, conservación y mantenimiento. Se deben de aplicar las medidas correspondientes conforme a la norma que aplique para máquinas en general, para no poner en riesgo la vida de los trabajadores, también se debe de hacer una selección del equipo de protección personal adecuado para los trabajadores que van a operar la máquina, además se debe realizar un análisis de los riesgos a los que se pueden exponer los trabajadores. El grupo de artículos correspondientes de la norma de operación y mantenimiento de maquinaría y equipo de corte, además del reglamento de la STPS se puede ver más a fondo en el CD anexo. 10 Otra norma que aplica dentro del contexto normativo de acuerdo a la Secretaria de Energía, para establecer las disposiciones y especificaciones de carácter técnico que deben satisfacer las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica, con las cuales debe contar la maquina y equipo que se desarrolla en el presente proyecto se indican de acuerdo a la siguiente norma: NOM-001-SEDE-1999, “Instalaciones Eléctricas (Utilización)”. La cual contiene las especificaciones técnicas para el alambrado y conexión de equipos de control de motores, así como la identificación de los conductores ya sea para la transmisión de la energía eléctrica o una puesta a tierra. También podemos encontrar las especificaciones para la ubicación de: protecciones para sobre corrientes, motores, alambrado, equipo de control o los requerimientos de un gabinete eléctrico. Se mencionan las especificaciones técnicas con las que debe contar un conductor ante fenómenos como la temperatura o corriente, así como el ensamble de componentes como: clavijas, interruptores, lámparas, también específica el material con el que deben estar soldadas las conexiones. Los artículos en la norma publicada por la secretaria de energía correspondiente a instalaciones eléctricas se pueden ver más a fondo en el CD anexo. Existen otras normas aplicables dentro del presente proyecto pero debido a la falta de acceso a ellas, no es posible mencionarlas a detalle, sin embargo algunas de estas se mencionan a continuación y se puede obtener información respecto a ellas dentro de la siguiente página web. http://www.pilz.de/knowhow/standards/standards/electrical_safety/index.es.jsp. EN 60204: Seguridad de las máquinas - Equipo eléctrico de las máquinas. EN 60947-5: Aparamenta de baja tensión. NFPA 79: Electrical Standard for Industrial Machinery. EN 954: Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad. 11 Dirección Administración Producción Compras Ventas Contabilidad Supervisor Procesos Termo formado Etiquetado Corte Ensamblado Empaquetado Finanzas Proceso donde se lleva a cabo el proyecto Fig. 1.7 Organigrama que presenta la Empresa Especialidad en Maquilados S.A. en el 2007. EN/IEC 61508: Seguridad funcional de los sistemas eléctricos, electrónicos y electrónicos programables relacionados con la seguridad. EN ISO 13849: Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad. EN/IEC 62061: Seguridad de las máquinas - Seguridad funcional de los sistemas eléctricos, electrónicos y electrónicos programables relacionados con la seguridad. 1.4 CONTEXTO ORGANIZACIONAL Dentro del marco organizacional de la compañía de “Out Sourcing”, Especialidad en Maquilados S.A., se encuentran algunas incongruencias ya que los empleados son adiestrados para realizar las diferentes tareas encomendadas dentro de la empresa. Los departamentos no están bien definidos al igual que los procedimientos, debido a que de manera constante son intercambiados con el fin de experimentar, para conseguir mejoras utilizando así un método demasiado empírico en la toma de decisiones, el cual es la prueba y error. Aún con estas situaciones, se establecen funciones y departamentos lo más parecido a la situación actual de la compañía como se muestra en la Fig. 1.7 para más información sobre los departamentos véase el Anexo “A”. 12 Se presenta un “Lay Out” del proceso actual para ubicar el área donde se desarrolla el proyecto dentro de la empresa Fig. 1.8 Fig. 1.8 “Lay Out” que presenta la Empresa Especialidad en Maquilados S.A. En el 2007 en el cual ubicamos el área donde se desarrolla el presente proyecto. 13 1.5 CONTEXTO DEL PROCESO ACTUAL Para la obtención del producto final el material tiene que pasar por los siguientes procesos. Recepción de la materia prima. Se reciben las materias primas tales como: corrugados, plásticos, PET, etiquetas, etc. Almacenado. Los materiales son almacenados para su uso conforme se vayan necesitando Termo formado o extrusión. Se le da forma a través de moldes al material PET los cuales deben de salir con ciertas especificaciones en cuanto a medidas y calidad según los estándares de la empresa. Corte. Se revisa que las medidas del material moldeado coincidan con las de la herramienta de corte y se procede a cortar el material. Ensamblado. El producto a empaquetar es insertado en los moldes. Plastificado y sellado. Se coloca una manga de plástico en el material a empacar y después se pasa por el tubo de encogimiento para fijarlo a los moldes. Etiquetado y Empaquetado. Se procede a etiquetar los productos y a empaquetarlos para su almacenaje y transporte final. Para este proyecto solo entraremos en detalle respecto al área de corte la cual se detalla más en la Fig. 1.9. 14 *NOTA: Si el material no es correctamente suajado se vuelve a repetir el ciclo CORTE 2.- Se coloca el material a suajar en la pleca (herramienta de corte) 3.- Se coloca la contra placa de material nylon, uretano o naylamid sobre la pleca 1.- Se coloca la pleca en uno de los extremos de la máquina 4.- Realización del corte 4.1- Un operador presiona la pleca y su contra placa hacia los rodillos 4.2- Un operador por medio de un volante hace girar los rodillos 5.- Girar el volante hasta que la pleca con su contra placa estén del otro lado de los rodillos 6.- Se retira la contra placa 7.- Se retira el material ya suajado * NOTA 8.- Se almacena el producto INICIO Fig. 1.9 Esquema de cómo se lleva a cabo paso a paso la operación dentro del proceso de corte. 15 CAPÍTULO II Estudio del Estado Actual ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS ACTUALES DIAGNÓSTICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES ANÁLISIS FORD PONDERACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA PROBLEMÁTICA PLANTEAMIENTO DE SOLUCIONES SOLUCIÓN El presente capítulo contiene las herramientas para llevar a cabo los análisis necesarios, obteniendo una problemática de estos, en el cual el equipo de trabajo propondrá una solución en base a sus criterios 16 2.0 ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL [1] En el presente proyecto que se desarrolla hace referencia de los sistemas actualmente usados en la industria que pueden ser utilizados para cortar materiales suaves. Los cuales son: 1. Sistema de rodillos 2. Sistema de troquel Sin embargo, es necesario conocer las diferencias entre uno y otro. Ante ello el presente proyecto muestra sus análisis dando a conocer algunas de sus ventajas y desventajas en los sistemas, dando pie a obtener problemáticas de estos las cuales se ponderaran en base a criterios propuestos por el equipo de trabajo, una vez seleccionada la problemática a atacar se proporcionara una solución adecuada en base a ponderaciones para seleccionar la misma. 2.1 ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS ACTUALES [2, 3, 4, 5, 6, 7] En la actualidad en la industria de la maquila en lo referente al corte por suaje, se cuenta con dos principales sistemas de operación, uno es el sistema de presión por rodillos y el otro es el llamado tipo troquel, los dos sistemas son utilizados en el sector industrial, principalmente en la industria maquiladora, requiriendo piezas como: cartón, plástico e incluso metales tengan ciertas formas, cortes precisos o limpios, es decir que el corte sea totalmente uniforme, preciso y que se realice en un solo movimiento y sin desprendimiento de viruta. A continuación se presenta una breve explicación de los sistemas antes mencionados. 2.1.1 Sistema de Presión por Rodillo En este sistema la fuerza de corte es concentrada entre los puntos tangentes de los dos rodillos colocados en lados opuestos y aplicada progresivamente al suaje, a 17 medida que el suaje pasa entre los rodillos, de esta manera la fuerza total de suaje solo es aplicada en este único punto Fig. 2.1 de tal manera que la fuerza requerida para cortar es mínima y solo se aplica en ese punto, por consecuencia, no hay tanto desgaste en la herramienta. Por otro lado, la curvatura de los rodillos propicia que los materiales entren simplemente al acercarlos, ya que poseen una tracción en sentidos opuestos entre ellos. Para ajustar la presión del sistema solo es necesario mover uno o los dos rodillos reduciendo el espacio entre ellos. 2.1.2 Sistema de Corte por Troquel Esta máquina cuenta con una plancha fija y otra móvil, la cual puede ser movida por un mecanismo que puede ser: sistema mecánico, hidráulico o neumático. Un sistema mecánico muy utilizado es el de la Leva, el cual consiste en un mecanismo de poleas donde uno de los dos ejes se encuentra conectado a un motor, mientras que el otro se encuentra conectado a un eje descentrado, esto da el efecto de una leva. Este mecanismo tiene un embrague que a través de un pedal o un botón acciona el eje de la leva que origina un movimiento axial sobre el eje del pistón, este tipo de troquel es empleado en procesos rápidos pues realiza el movimiento de vaivén en una sola revolución del eje y es utilizado normalmente para perforar o chapar piezas. También existe la posibilidad de emplear un sistema hidráulico o neumático, donde se bombea fluido ya sea hidráulico o gaseoso por los conductos, hasta un Fig. 2.1 La fuerza total es aplicada en la línea entre las dos flechas 18 pistón donde la presión generada por el motor, desplaza un émbolo el cual ejerce la presión sobre las placas. Este método se subdivide en lineal y angular. 2.1.2.1 Troquel Lineal y Angular La diferencia es que en el troquel lineal (Fig. 2.2) el movimiento es totalmente axial; es decir, sólo a lo largo de la línea de movimiento. Debido a que los troqueles de este tipo son de gran capacidad, generalmente la placa móvil lleva unas guías que limitan el movimiento, este tipo de prensas crean presión sobre toda el área de la plancha. De la misma manera, el troquel angular (Fig. 2.2) es dirigido por una guía curva, misma que dirige el movimiento de una forma angular. Como el movimiento de una tijera, la presión se va distribuyendo sobre toda el área de la placa. Los sistemas hidráulicos son utilizados en procesos un poco más lentos, debido a que el fluido tiene que desplazarse de un lugar a otro, sin embargo, es capaz de generar grandes fuerzas del orden de las toneladas. 2.2 DIAGNÓSTICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES (ANÁLISIS FORD) Denominado también análisis FODA o análisis FORD, es una muy potente herramienta del planeamiento estratégico desarrollada para su aplicación en el ambiente empresarial. Este instrumento sencillo, económico y versátil puede ser aplicado en familias, grupos, equipos, procesos, empresas y corporaciones etc. Fig. 2.2 En la parte izquierda se presenta el troquel lineal y en la parte derecha el angular 19 Consiste en descubrir las Fortalezas, Oportunidades, Riesgos y Debilidades que puedan estar implícitos en el sistema y así detectar sus ventajas y desventajas. 2.2.1 Análisis FORD del Sistema con Rodillos Las Fortalezas F1. Menor desgaste de herramental: debido a que en este sistema la presión máxima está en la línea de acción de los dos rodillos; F2. Estructura sencilla: tanto la estructura como el sistema son simples y sencillos de construir; F3. Operador fuera del área de corte: el operador se encuentra fuera del área de acción de la máquina; F4. Adaptabilidad de manual a semiautomático: mediante mecanismos es fácil pasar de una máquina manual a semiautomática. Las Debilidades D1. Ajuste de altura inexacto: debido a que el rodillo superior se mueve mediante dos elevadores independientes; D2. Corte ineficiente: ya que el ajuste de la perpendicularidad de los rodillos es inexacta, el corte suele realizarse de manera incorrecta o el corte es parcial; D3. Fallas estructurales: debido a la falta de calidad de los materiales usados para la construcción de la maquina; D4. Presión de corte relativamente baja; D5 Corte de materiales suaves: la presión proporcionada por los rodillos sólo permite cortar materiales suaves; D6 Límite de altura: se tiene un máximo de altura limitado por los elevadores del rodillo; 20 D7. Ciclo de trabajo lento: el proceso de corte es lento pues se tiene que pasar toda la superficie. Las Oportunidades O1. Bajo costo: al ser un mecanismo sencillo su construcción no implica dificultad; O2. Menor uso de recursos energéticos: no requiere de muchas fuentes de energía (electricidad, fluido); O3. Fácil de transportar: al no generarse un peso tan grande permite el transporte de la máquina con facilidad. Los Riesgos R1. Inseguro para el operador: no cuenta con una protección adecuada para el operador; R2. Inseguro para el producto: el producto está expuesto a cualquier deterioró por la máquina; R3. Requiere de más de un recurso humano: debido a ser un proceso de vaivén; R4. Producción baja: debido a que se trabaja sobre toda la superficie del corte. 2.2.2 Análisis FORD del Sistema con Troquel Las Fortalezas F1. Área de trabajo: el área de trabajo puede ser considerablemente grande; F2. Estructura resistente: la estructura tiende a ser voluminosa haciéndola resistente; F3. Corte eficiente: al tener una presión elevada el corte siempre es realizado en su totalidad; 21 F4. Presión en el corte elevado: al ser una máquina desarrollada especialmente para aplicar presión tiene una gran potencia; F5. Ciclo de trabajo elevado: la operación se realiza en un sólo movimiento en troqueles para materiales suaves; F6. Corta materiales suaves y duros: al poseer una presión de corte elevada permite cortar tanto materiales suaves como algunos duros; Las Debilidades D1. Desgaste del herramental: la presión es constante en toda la placa provocando que el suaje tenga mayores repercusiones; D2. Estructura compleja: debido a los mecanismos que presenta la estructura tiende a ser compleja en cuanto a sus sistemas y dimensiones; D3. Materiales especiales: al generar una presión tan grande se requiere de materiales especiales para su construcción. Las Oportunidades O1. Requiere de un sólo recurso humano: generalmente la máquina requiere de un operador. En algunos casos se podría hacer omisión de él; O2. Producción alta: debido a las altas fuerzas que se manejan en el troquel se pueden cortar varias piezas en el mismo ciclo. Los Riesgos R1. Difícil de transportar: la estructura genera un peso elevado que se ve afectado cuando se requiere transportar la máquina; R2. Mayor uso de recursos energéticos: generalmente necesitan de algún fluido para su funcionalidad; R3. Costo alto: al ser una estructura complicada genera costos más elevados para su construcción. 22 2.3 PONDERACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA De acuerdo al análisis FORD realizado a los dos sistemas posibles, el equipo de trabajo ha establecido ciertos criterios con los cuales se evaluará la problemática de los dos sistemas y así resolver los problemas que se plantean en los objetivos particulares para obtener la solución más viable. En la Fig.2.3 se puede apreciar la ponderación de la problemática. Fig. 2.3 Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 23 2.4 PROBLEMÁTICA Una vez hecha la ponderación y con base en el análisis hecho previamente, podemos seleccionar la problemática a atacar por el equipo de trabajo, esto se puede ver con más detalle en la Tabla 1 que se presenta a continuación. De la tabla anterior podemos observar la problemática a atacar de acuerdo a cada uno de los criterios del equipo de trabajo pero con base en la ponderación sólo se atacará la siguiente problemática: PARA PRODUCTIVIDAD (D2, D4, D5, D7, R3, D2, D1) PARA SEGURIDAD (R1, D3,) PARA COSTOS (R1, R2, R3, R4, R3, R2, D2, D3) Criterios Ponderancia Problemática Calidad 0% D1, D3, R1, D1 Seguridad 30% R1, D3, Productividad 40% D2, D4, D5, D7, R3, D2, D1 Tecnología 0% D2, D5, D7, D6, D3, R2, Comercialización 0% R4, R1, R3, D3 Ergonomía 0% Tamaño 0% R1, D2, Costo 30% R1, R2, R3, R4, R3, R2, D2, D3 Tabla 1. Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API EVOLUTION), así como la problemática que se refiere a cada uno de los criterios. 24 ADECUADO 2.5 PLANTEAMIENTO DE SOLUCIONES Para poder atacar la problemática obtenida de una forma adecuada es necesario plantear la solución óptima para ésta. Ante esto, el equipo de trabajo ha decidido establecer sus ponderancias para establecer y seleccionar la solución óptima en cuanto a sistemas se refiera para efectos del proyecto. 2.5.1 Selección del Sistema En la siguiente Tabla (2) se tienen contemplados los sistemas posibles a implementar en el proyecto y una vez más con base en criterios ponderantes propuestos por el equipo de trabajo, se llegará a una selección de cualquiera de estos sistemas. En la Tabla 2 podemos observar que con base en los criterios propuestos por el equipo de trabajo se deduce que, el sistema más apto para el presente proyecto es el sistema de rodillos. Tabla 2. Selección del sistema en base a criterios ponderantes propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). CRITERIOS PRODUCCION 30% COSTO 40% ESTRUCTURA 20% MANTENIMIENTO 0% CORTE DE MATERIALES 10% SISTEMAS BAJA ALTA BAJO ALTO SENCILLA COMPLEJA SIMPLE COMPLEJO SUAVES DUROS RODILLO X X X X X TROQUEL X X X X X X 25 2.5.2 Selección del Sistema Técnico Una vez determinado el sistema con el cual se realizará la operación de suajado, se establecerá cuál será el medio de transmisión de potencia y control adecuado para llevar a cabo la operación de suajado. Esto lo haremos con base en una nueva tabla, donde colocamos los sistemas más utilizados y se evaluarán según las ponderancias del equipo de trabajo, como se muestra en la Tabla 3. Con base en los criterios propuestos por el equipo de trabajo se deduce que, el sistema técnico óptimo para cumplir con los objetivos planteados para el presente proyecto será un sistema eléctrico – mecánico. CRITERIOS RECURSOS ENERGÉTICOS 15% COSTO 50% FACILIDAD DE INSTALACIÓN 20% MANTENIMIENTO 10% RUIDO 5% SISTEMAS COMUNES ESPECIALES BAJO ALTO SIMPLE COMPLEJA SIMPLE COMPLEJO BAJO ALTO MECÁNICO X X X X X HIDRÁULICO X X X X X NEUMÁTICO X X X X X ELÉCTRICO X X X X X ROBÓTICO X X X X X ADECUADO Tabla 3. Selección del sistema técnico con base en criterios ponderantes propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 26 2.6 SOLUCIÓN Para establecer la solución óptima, fue necesario proponer ciertos criterios. A su vez estos fueron ponderados por el equipo de trabajo, para llevar a cabo la selección de los sistemas adecuados con base en las oportunidades y fortalezas que presentaron los sistemas ya mencionados en el análisis FORD. Como resultado a dicho proceso obtuvimos que la solución óptima sea: “Un Sistema de Rodillos Mecánico – Eléctrico” 27 CAPÍTULO III Diseño de un Nuevo Modelo PROPUESTA DEL NUEVO MODELO MEMORIA DE CÁLCULOS CIBERNÉTICA DEL SISTEMA El presente capítulo integra la parte mecánica, eléctrica y control que presentará el nuevo modelo. 28 Fig. 3.1. Modelado de la máquina suajadora por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 3.0 DISEÑO DE UN NUEVO MODELO De acuerdo a lo propuesto en el capítulo anterior, el equipo de trabajo propone un diseño basado en los criterios para la solución de la problemática. Este diseño contempla la realización de un sistema mecánico, eléctrico- electrónico y de software lo suficientemente eficiente para satisfacer las necesidades de la problemática observada en la solución, sin sobre pasar las expectativas de ésta. 3.1 PROPUESTA DEL MODELO Se propone un sistema de rodillos mecánico-eléctrico en el que el movimiento de los rodillos se transmite por medio de un sistema cadena-catarina, para obtener potencia y sincronía en los rodillos así como la presión que se requiere en el sistema. Se desarrollo un sistema eléctrico para que el movimiento de los rodillos se realice en ambos sentidos, para elevar la producción y trabajar en ambas áreas de trabajo de la máquina. Se implementó un sistema de seguridad para el operador, el cual evita riesgos para éste, ya que la máquina cuenta con un accionamiento simultáneo de funcionamiento, paros de emergencia y dispositivos de bloqueo asociados a protectores (Ver Fig. 3.1). 29 Fig. 3.2. Estructura de la máquina. Fig. 3.3. Soporte inferior fijo sobre los barrenos centrales y la brida. Una vez que se tiene una idea conceptual de cómo será la máquina se procede a diseñar cada una de las piezas que lo conforman. Ver Anexo B. 3.1.1 Ensamble de la Máquina Una vez que se han comprado los materiales necesarios y maquinado todas las piezas del Anexo B, se procede a ensamblar la máquina, como se presenta a continuación. 1 Con los ángulos y conforme a los planos del Anexo B se arma la base principal como en la Fig. 3.2, realizando los barrenos necesarios para la siguiente etapa. 2 Sobre la base se colocan los soportes inferiores SO02 del Anexo B y la brida de piso. Se fijan a la base a través de tornillos como en la Fig. 3.3. De igual manera al otro lado, teniendo en cuenta que ha de insertarse el rodillo inferior, por lo cual, debe de colocarse el rodillo antes de fijar la brida del lado opuesto. 30 Fig. 3.4. Conjunto base móvil. Fig. 3.5. Ensamble de la base móvil sobre las guías. 3 Se ensambla la base móvil con las piezas BM01, BM02 y BM03, del Anexo B. A la pieza BM01 se le fija la brida de pared y ensambla con BM02 a BM03. Se le fija el husillo con un tornillo desde la parte de abajo y se ensambla con las demás piezas como en la Fig. 3.4. 4 Se coloca la base móvil sobre las guías, teniendo nuevamente en cuenta que es necesario colocar el rodillo superior antes de fijar la brida móvil del otro extremo. Ver Fig. 3.5 31 Fig. 3.7. Ensamble del soporte superior. Fig. 3.6. Ensamble de la tuerca sobre el husillo. 5 Colocamos en el husillo una tuerca y un balero axial como en la Fig. 3.6 antes de colocar el soporte superior SO01. 6 Se colocan el soporte SO01 y se hace pasar la tuerca por el agujero central de este y a su vez se coloca un balero axial Fig. 3.7. 32 Fig. 3.8. Mecanismo de ajuste por resorte. Fig. 3.9. Ensamble del mecanismo de ajuste sobre la estructura. 7 Se ensambla el mecanismo de ajuste con las piezas ME01 y ME02, se coloca un resorte en la barra de ajuste y se pone la tuerca como en la Fig. 3.8. 8 Se fija el mecanismo de ajuste sobre la base principal con dos tornillos como se muestra en la figura Fig. 3.9. 9 Se colocan los rodillos de soporte BS01 en ambos extremos de la máquina como se muestra en la Fig. 3.10 33 Fig. 3.10. Ensamble de los rodillos de soporte. Fig. 3.11. Ensamble de las catarinas. 10 Se colocan las catarinas en los ejes de los rodillos, en el mecanismo de ajuste y en el reductor como se muestra en la Fig. 3.11. 11 Se coloca el motor, las cadenas y las tapas de seguridad en la máquina como se muestra en la Fig. 3.12. 34 Fig. 3.12. Máquina suajadora 3.2 MEMORIA DE CÁLCULOS 3.2.1 Selección de Catarinas Paso 1. Clasificación de servicio. De a cuerdo a la Tabla 4, se selecciona el tipo de carga con el que se va a trabajar. En este caso se selecciona una carga uniforme ya que los dispositivos se van a emplear en una máquina. Tabla 4. Tabla de clasificación de servicio. 35 Paso2. Factor de servicio. Para determinar el factor de servicio se hace uso de la Tabla 5, en la cual, de acuerdo al tipo de suministro de energía que se usará y al tipo de carga, se determina el factor de servicio. Se selecciona un factor de 1.0 ya que es una carga uniforme y el suministro de energía es un motor eléctrico. Además es de vital importancia considerar las condiciones desfavorables de operación, por lo que se suma 0.2 por cada una de las condiciones posibles, entre las cuales podemos encontrar las siguientes: Múltiples ejes - 0.2 por cada eje extra. Relación excesiva de velocidad, una relación mayor de 7 a 1. Grandes cargas en el comienzo con paros e inicios frecuentes. Condiciones de altas temperaturas. Finalmente considerando los factores anteriormente mencionados se determina un factor de servicio de 1.6. Tabla 5. Tabla de selección de factor de servicio. 36 Paso 3. Determinar la potencia del sistema. Los datos obtenidos, de clasificación de servicio y del factor de servicio se multiplican por la potencia de operación normal que será de 0.5 HP de acuerdo a la potencia que ofrece el motor. PD = 1.6 x .5 = 0.8 HP Al aplicar la fórmula obtenemos una potencia de diseño de 0.8 HP. De acuerdo a este rango de potencia en HP determinamos la Catarina motriz No. 40 con un paso de ½”, de 18 dientes que analizamos en la Tabla 6. También se puede determinar el diámetro del eje en esta Tabla de acuerdo al diámetro máximo del barreno de la Catarina motriz. Con los datos obtenidos se calcula el número de dientes de la Catarina movida: No. dientes catarina motriz Se obtuvo como resultado una catarina de 18 dientes. El siguiente paso es determinar la longitud de la cadena para una distancia entre centros de 160 mm por medio de la siguiente fórmula: L= 43.5 pasos (½”) Tabla 6. Especificaciones catarinas estándar no. 40. 37 Al determinar la distancia entre centros se debe considerar que la longitud entre éstos debe de ser una vez y media más grande que la suma de los diámetros exteriores de las catarinas para evitar interferencia por número de dientes. También es recomendable una relación de velocidad de 3:1 que no exceda este límite. 3.2.2 Determinación de Velocidad. Debido a que se requieren bajas revoluciones para esta máquina y en base a las máquinas actúales, el equipo de trabajo seleccionó un motor trifásico estándar de 1700 y un reductor con una relación de 1:60. Se determina la velocidad en rpm a la salida del reductor con la siguiente fórmula. Donde: ω1 = es la velocidad de entrada. ω 2 = es la velocidad de salida. N1 = es el número de dientes del engrane de entrada. N2 = es el número de dientes del engrane de salida. Dada la velocidad de salida del motor y la relación de engranes que es proporcionada por el reductor tenemos que: Obteniendo así la velocidad de salida en el reductor la cual es 28 rpm. Por seguridad es necesario saber cuál será la velocidad que los rodillos le imprimirán a la pleca, una vez que ésta haya pasado por estos, primero que nada es necesario 38 convertir las unidades de velocidad de rpm a rad/s obteniendo así una velocidad angular. Una vez que se obtiene la velocidad angular W del reductor, y recordando que hay sincronía en las catarinas, sin cambios de velocidad, es decir la velocidad es transmitida equitativamente, tenemos que la velocidad final Vf es directamente proporcional al producto de la velocidad angular W por el radio, que en este caso será el del rodillo, para obtener la velocidad que tendrá en el punto de contacto con la pleca. Se puede apreciar el diagrama de cuerpo libre en la Fig. 3.13. Obteniendo como resultado que la pleca adquirirá una velocidad máxima de 220 mm/s ó 20cm/s y que además estará controlada a través del variador de frecuencia. Vf w r r w Fig. 3.13 Diagrama de cuerpo libre de los rodillos. 39 3.3 CIBERNÉTICA DEL SISTEMA Se propone un sistema eléctrico con una alimentación de tipo trifásica a 4 hilos con 220V.C.A. y consta básicamente de cuatro etapas. La primera etapa, de sensado que es donde se reciben las condiciones iniciales para la operación de la máquina y las de operación durante el ciclo de trabajo por medio de sensores, interruptores y botones pulsadores. Una segunda etapa la cual es de control, en esta, se determina directamente el funcionamiento y secuencia a realizar por medio de funciones lógicas debidamente programadas en el sistema, es decir, es aquí donde se encuentra el “software” del sistema. Dependiendo de los datos o variables adquiridos en la etapa anterior por medio de los sensores, se determinan los estados en las salidas del controlador. Como tercera etapa se tiene la regulación, que es donde se realiza de dos formas. Ambas para el suministro de potencia (que accionan los motores). La primera de ellas básicamente es para variar la frecuencia en la alimentación del motor de trabajo, debido a que es de tipo trifásico y de esta forma se puede controlar su velocidad. Para la segunda es necesario regular el voltaje hasta los 24 V. Además de lo anterior, es necesario diseñar un rectificador de onda, para obtener el voltaje en C.D. Por último. Tenemos una cuarta etapa, la de potencia, que básicamente es la que se encarga de interconectar la fuente de alimentación con la fuerza motriz, que en este caso son los motores eléctricos, ya que, cabe mencionar que las dos primeras etapas trabajan con voltajes nominales en un rango de 110 a 127 V.C.A. y esta última, entrega el voltaje total de la fuente de alimentación para cada motor, el de trabajo es de 220 V.C.A. y el de ajuste es de 24 V.C.D. La siguiente figura (3.14 muestra las conexiones esquemáticas de todas las etapas dentro del tablero de control, donde se pueden apreciar todos los elementos 40 debidamente conectados para la puesta en marcha del equipo, por medio de un controlador lógico programable (PLC) con entradas de tipo relee con una operación de 127 V.C.A. Mismo que está monitoreando constantemente el estado de las entradas, donde se tiene conectada la etapa de sensado y una vez que se han procesado las señales, se tiene el cambio de estado en las salidas, en la que se encuentra conectada la etapa de potencia. Además, se puede notar, que la etapa de regulación se encuentra conectada en paralelo de la alimentación, así como de la etapa de potencia; es decir, al activarse la etapa de potencia por medio de las salidas del PLC, el voltaje ya está disponible para su aplicación. A continuación, se describen detalladamente las conexiones físicas realizadas dentro del tablero de control para cada etapa, tal como se muestra en la Fig. 3.15. Fig. 3.14 Diagrama a bloque tablero de control. 41 La distribución de conexiones en la bornera del tablero de control y significado de la Nomenclatura se puede ver en la Tabla 7. Fig. 3.15 Diagrama eléctrico tablero de control. 42 No. de Borne Dispositivo conectado Descripción Estado 1 L1 Línea de alimentación trifásica no 1 2 L2 Línea de alimentación trifásica no 2 3 L3 Línea de alimentación trifásica no 3 4 N Hilo Neutro alimentación trifásica 5 F1 MT Fase 1 de motor trifásico (Motor Trabajo) 6 F2 MT Fase 2 de motor trifásico (Motor Trabajo) 7 F3 MT Fase 3 de motor trifásico (Motor Trabajo) 8 MA1 Conexión1 motor de C.D.(Motor Ajuste) 9 MA2 Conexión2 motor de C.D.(Motor Ajuste) 10 PAI2 Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 2 NA 11 PAI1 Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 1 NA 12 PAD1 Pulsador de Arranque Hacia Derecha 1 NA 13 PAD2 Pulsador de Arranque Hacia Derecha 2 NA 14 ENC Interruptor de ENCENDIDO NA 15 ENC Retorno Interruptor de ENCENDIDO 16 P Interruptor de límite de Protección NC 17 P Retorno Interruptor de límite de Protección 18 POS Botón de ajuste POSITIVO NA 19 POS Retorno de Botón de ajuste POSITIVO 20 NEG Botón de ajuste NEGATIVO NA 21 NEG Retorno de Botón de ajuste NEGATIVO 22 NCO NO conectado 23 y 24 NCO NO conectado Nótese que: Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 2 (PAI2). Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 1 (PAI1). Tabla 7. Distribución de bornes y nomenclatura tablero de control. 43 Pulsador de Arranque Hacia Derecha 1 (PAD1). Pulsador de Arranque Hacia Derecha 2 (PAD2). No cuentan con retorno de conexión. Esto es debido a que debe realizarse una conexión totalmente externa al tablero de control. Únicamente deberá conectarse un puente entre cada terminal restante de los botón pulsador de la siguiente forma. Fig. 3.16. 3.3.1 Etapa de Sensado Antes que nada, al tener un PLC con entradas de tipo relee, la terminal común de éstas debe ser aterrizada en el hilo neutro de la alimentación, para que así todos los retornos de las conexiones de los sensores y de las entradas del PLC regresen a una de las fases de la alimentación y así, cerrar el circuito con un voltaje de 127 V.C.A. según especificaciones de PLC. Para comprender cómo están las conexiones físicas realizadas en esta etapa es necesario recordar los siguientes criterios de funcionamiento para operar el equipo en cualquiera de sus dos direcciones, para ello es necesario mantener presionados dos botones normalmente abiertos al mismo tiempo para tener la certeza de que, ambas extremidades del cuerpo (manos) se encuentran fuera del área de trabajo, además de contar con sus tapas protectoras debidamente cerradas para evitar succiones de prendas de vestir holgadas, según los criterios de seguridad previstos durante el diseño. Por lo tanto, en las condiciones iníciales de funcionamiento el sistema permanecerá encendido por medio del interruptor de Fig. 3.16 Conexiones externas requeridas en botones pulsadores. 44 ENC, el detector P es un sensor de límite, el cual está encargado de la detección en la puerta que cubre los rodillos, por ello, deberán permanecer cerrados en todo momento de la operación del ciclo. Por tal motivo, cada uno se conectan a una de las entradas del PLC para mantener monitoreado dichos estados en todo momento vía “software”. Retomado lo señalado líneas arriba, el accionamiento simultáneo de dos interruptores para el arranque en cualquier sentido, se puede realizar directamente en el exterior con una conexión física, minimizando así dicha función dentro del “software”, únicamente conectando ambos botones en serie y enviándolos a otra de las entradas, creando así una función lógica de tipo AND. Esto podría ocasionar algún tipo de caída de tensión que pudiera afectar el estado de la entrada, pero debido a que las distancias son muy próximas, las pérdidas son poco significativas y por tanto no se toman en consideración (Fig. 3.17A). Se repite la misma operación para el sentido contrario de funcionamiento, para conectar una tercera entrada. Por último, se colocan dos botones pulsadores, uno en cada una de las entradas restantes, básicamente para el ajuste de la altura ya sea positivo o negativo, cada botón tendrá la función que le corresponda (Fig. 3.17B). Fig. 3.17. Accionamiento de los motores con sus respectivos medios de arranque. 45 3.3.2 Etapa de Control Básicamente esta etapa consta de un PLC marca Siemens modelo Logo RC232 (Fig.3.18), el cual debe conectar su propia alimentación, en este caso, a una de las fases y al hilo neutro de la alimentación para obtener un voltaje nominal de 127 V.C.A. con el que se alimenta. El criterio de selección fue tomado con base a la normatividad con la que se desea que cuente este equipo. A continuación se muestra un diagrama a bloques de la estructura de un PLC (Fig. 3.19), donde básicamente se cuenta con una unidad de procesamiento y control (CPU), que es la encargada de procesar las variables de entrada y controlar el estado de las salidas, cuenta con un banco de memoria donde se almacena toda la lógica de programación, ya que guiados por esta programación se realizarán las operaciones correspondientes. Se tiene una fuente de alimentación para todo el sistema y por último, los bloques de entradas y salidas, los cuales son las puertas para la comunicación exterior, haciendo lo propio las entradas con los captores y las salidas con los actuadores. Fig. 3.18. PLC marca Siemens modelo Logo RC232. 46 3.3.2.1 Conexiones Eléctricas Como se había señalado anteriormente, las entradas y salidas son de tipo relee y por lo tanto las conexiones físicas de este dispositivo siempre tendrán que cerrar un circuito; es decir, a la entrada se comporta como la carga que se alimenta por medio de interruptores, de igual forma, que lo hace una bobina de un contactor y a la salida, se comporta como si fueran interruptores que alimentaran una carga, tal como se muestra en la siguiente figura (3.20). Fig. 3.20. Conexiones internas del PLC. Fig. 3.19 Diagrama a Bloque de PLC. 47 3.3.2.2 Programación Esta tarea es muy sencilla de realizar, ya que el dispositivo seleccionado cuenta con dos tipos de programación totalmente gráficos y además, con un simulador para la realización de pruebas antes de la puesta en marcha. Uno de ellos es el diagrama de funciones (FUP) y el otro, el diagrama o esquema de contactos en escalera (KOP). El primero de ellos permite realizar la interconexión de entradas-salidas por medio de las funciones lógicas principales, como son: AND, OR, NAND, NOR, etcétera. La segunda permite realizar lo propio, pero interconectando por medio de interruptores, ya sean cerrados o abiertos, así como bobinas internas. Para efectos de este trabajo se mostrarán los dos tipos de programación como se muestra en la siguiente figura (3.21). Diagrama de flujo general para la elaboración del programa de la máquina suajadora semi-automática. Contemplando como nomenclatura de salidas de S1 a Sn y de “E1” a “En” como nomenclatura de entradas (Fig. 3.22). Fig. 3.21. “Software” de programación Logo!soft-comfort versión no 4.0 cortesía siemens AG 2003. 48 Notar que en el diagrama de flujo según la lógica, cada que se activa una salida, todas las demás quedan totalmente desactivadas, esto para evitar cortos circuitos, Fig. 3.22. Diagrama de flujo programa de control. 49 ya que ambos actuadores (motores) cuentan con una inversión de giro y las condiciones se respetan sólo para en primer accionamiento. En caso de un accionamiento simultáneo no se puede ajustar la máquina al mismo tiempo que se efectúa el ciclo de operación. Por razones de seguridad, también se desconectan las salidas del motor de ajuste para evitar el accionamiento simultáneo por parte de cualquier otro operador, ya que se sabe que el operador original tiene las manos ocupadas debido al criterio de accionamiento. Así se pretende evitar algún tipo de daño estructural al equipo. Estos detalles se pueden apreciar de mejor manera en la descripción del siguiente diagrama de programación (Fig. 3.23). 3.3.2.3 Descripción del Diagrama de Programación Antes que nada hay que describir el tipo de sintaxis con la que se realiza la programación de este tipo de PLC. En general todos los PLC´s se programan del mismo modo, pero cada uno tiene su propia sintaxis, para este caso sólo será necesario conocer tanto los nombres de las entradas como de las salidas. El programa es sumamente sencillo y debido a esto no se utilizarán todos los recursos del dispositivo. Fig. 3.23. Programa suajadora en modo KOP ver 1.0. 50 Las entradas se etiquetan con la letra I. más el número de entrada a la que se desea hacer referencia y las salidas con la letra Q, más su respectivo numero de referencia según la salida que se desea utilizar. Comprendido esto, la distribución de conexiones físicas en el PLC se realiza de acuerdo con la siguiente tabla (8). Sintaxis Entrada/Sal ida Dispositivo conectado Función Estado PLC I1 Entrada Pulsadores PAI1 y PAI2 en serie Arranque sentido Izquierda de MT NA I2 Entrada Pulsadores PAD1 y PAD2 en serie Arranque sentido derecha de MT NA I3 Entrada Interruptor ENC Encendido de sistema NA I4 Entrada Sensor limite P Interruptor de protección de limitaciones mecánicas NC I5 Entrada Pulsador POS Ajuste positivo de altura en rodillos NA I6 Entrada Pulsador NEG Ajuste Negativo de altura en rodillos NA Q1 Salida Lámpara ENC Indicador de encendido de sistema DES Q2 Salida Lámpara ENERG Indicador de energización de sistema DES Q3 Salida Bobina A Activación en un sentido de giro del MT DES Q4 Salida Bobina B Activación al otro sentido de giro del MT DES Q5 Salida Bobina C Activación en un sentido de giro del MA DES Q6 Salida Bobina D Activación al otro sentido de giro del MA DES 51 Una vez obtenida la distribución de conexiones y la nomenclatura utilizada por el PLC se puede explicar la programación paso por paso en modo KOP o diagrama de escalera y debido a esto se hará referencia a escalón cada vez que se salte de línea de programación. El primer escalón consiste en colocar un contacto normalmente cerrado (NC) y se etiqueta con I4, ya que es la entrada donde se encuentra conectado el sensor P, y de este depende toda la operación debido a que es el sensor de protección. Como se explicó en anteriores temas, seguido de este se conecta en serie un contacto Normalmente Abierto (NA), etiquetándolo con el número “I3” para mantener monitoreado el estado del interruptor de encendido (ENC). Por último, este escalón del programa concluye en la bobina Q1,misma que a su vez es una salida a la que se encuentra conectada la lámpara indicadora de encendido (ENC) como se nota en la siguiente figura (3.24). El segundo escalón comienza con un contacto normalmente abierto (NA) con la etiqueta de Q1. Esto se debe a que las bobinas del PLC cuentan con contactos internos y éste es uno de ellos. Esto quiere decir que al momento que se active la bobina Q1 todos sus contactos internos también cambiarán su estado, los Normalmente cerrados se colocarán abiertos y los normalmente abiertos viceversa, como lo hace un contactor, esto para garantizar que esta linea o escalón dependa de la función del primer escalón. Seguido de este contacto se coloca otro normalmente abierto (NA) con la etiqueta de I1, para detectar el accionamiento del de los botones PAI1 y PAI2, después de este, se colocan tres contactos normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por medio de otras bobinas, particularmente Q3, Q4 y Q6. Por último se coloca la bobina de salida Q5, la cual controla la salida donde está conectada la etapa de potencia que hace girar Fig. 3.24. 1er línea de programa escalón no.1 del diagrama de escalera 52 el motor de trabajo en el sentido contrario a las manecillas (izquierda), como se muestra en la siguiente figura (3.25). El tercer escalón de nuevo comienza con un contacto normalmente abierto de Q1 para que éste también dependa de la función del primer escalón. Seguido de este contacto se coloca un contacto normalmente abierto (NA) con la etiqueta de “I2”, para detectar el accionamiento de los botones PAD1 y PAD2, después de este, se colocan tres contactos normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por medio de otras bobinas, particularmente Q3, Q4 y Q5. Por último se coloca la bobina de salida Q6, la cual controla la salida donde está conectada la etapa de potencia que hace girar el motor de trabajo en el sentido de las manecillas del reloj (derecha), como se muestra en la siguiente figura (3.26). El cuarto escalón. Otra vez comienza con un contacto normalmente abierto de Q1 para que este también dependa de la función del primer escalón. Seguido de este contacto se coloca un contacto normalmente abierto (NA) con la etiqueta de “I5”, para detectar el accionamiento del botón POS. Después de esto, se colocan tres contactos normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por medio de otras bobinas, particularmente Q4, Q5 y Q6. Por último se coloca la bobina de salida Q3 la cual controla la salida donde está conectada la etapa de potencia que hace girar el motor de ajuste en el sentido de las manecillas del reloj (derecha), como se muestra en la siguiente figura (3.27). Fig. 3.25. 2da línea o escalón de programa. Fig. 3.26. 3da línea o escalón de programa. 53 Por último, el quinto escalón también comienza con un contacto normalmente abierto de Q1 para que este también dependa de la función del primer escalón. Seguido de este contacto se coloca un contacto normalmente abierto (NA) con la etiqueta de “I5”, para detectar el accionamiento del botón POS. Después de esto se colocan tres contactos normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por medio de otras bobinas, particularmente Q3, Q5 y Q6. Por último se coloca la bobina de salida Q4, la cual controla la salida donde está conectada la etapa de potencia que hace girar el motor de ajuste en el sentido contrario a las manecillas del reloj (izquierda), como se muestra en la figura 3.28 3.3.3 Etapa de Regulación Esta consiste en un variador de frecuencia para el motor de trabajo. El motor trifásico, el cual se encuentra conectado a la alimentación trifásica general por medio de sus entradas y las salidas se conectan con entradas de los contactores de potencia, cada una con su respectiva configuración para su sentido de giro y para el motor de ajuste, se trata de un transformador de bajada de 127 V.C.A. a 24 V.C.A. donde las conexiones de la devanado primario se realizan hacia la fuente de alimentación, tomando una terminal en una de las fase y otra en el hilo neutro, las terminales del devanado secundario se conectan a un puente rectificador de diodos de onda completa para linealizar el voltaje y convertirlo en C.D. Una vez Fig. 3.27. 4da línea o escalón de programa. Fig. 3.28. 5ta línea o escalón de programa. 54 rectificado el voltaje se conecta a las terminales de los relees con su respectiva configuración para inversión de giro como se muestra en la siguiente figura (3.29). 3.3.4 Etapa de Potencia Quizá es la más sencilla de todas; éstas conectan las salidas del PLC a cada una de las bobinas de los contactores, en el caso del motor de trabajo trifásico y a las bobinas de los relees, en el caso del motor de C.D. (motor ajuste). Las salidas tanto de los contactores como de los relees van directamente a su respectivo motor como se muestra a continuación (fig. 3.30). Fig. 3.29. Circuito regulador de alimentación en el motor de ajuste. Fig. 3.30. Circuito de potencia de los motores. 55 CAPÍTULO IV Análisis Económico INVERSIONES DEL PROYECTO El presente capítulo contiene las inversiones dadas en el presente proyecto 56 4.0 ANÁLISIS ECONÓMICO El objetivo del presente capítulo es entregar información relacionada con los costos, tanto de la puesta en marcha de la máquina como de su funcionamiento normal una vez instalada en la planta para la producción del producto. Para realizar el análisis es preciso cotizar todos los precios de los componentes que se utilizarán en el desarrollo de la máquina. Se tiene como principal objetivo el reducir los costos, es por ello que se trató de cotizar materiales y dispositivos con proveedores que manejan un menor costo. Debido a que los costos pueden variar de acuerdo a proveedores y al cambio de precios de un día a otro, no es posible considerarlo un cálculo exacto y se toma como una estimación lo más aproximada. Además de los costos de materiales para el desarrollo de la máquina, es importante realizar un análisis de costos de la mano de obra, diseño del prototipo, así como una serie de gastos indirectos involucrados como el consumo de energía de la máquina, para hacer un cálculo aproximado. Todo ello en conjunto se considero para poder obtener el precio aproximado de la máquina. 4.1 INVERSIONES DEL PROYECTO El objetivo de este apartado es determinar las inversiones requeridas por el proyecto antes de su puesta en marcha. 4.1.1 Inversiones en terreno y obra física Debido a que se pretende realizar la construcción dentro de las instalaciones facilitadas por uno de los miembros del proyecto, no se requiere una inversión en terreno y tampoco requiere de instalaciones especiales para el ensamble de las piezas; sin embargo, es posible considerar que para el ensamble del prototipo se 57 requeriría de un espacio aproximado de 15 m 2 , considerándose un área de herramientas y un espacio adecuado para el ensamble de la máquina. 4.1.2 Inversiones en Equipamiento Por inversión en equipamiento para este punto, se entenderá como todas las inversiones que permitan la construcción de la máquina, tanto la adquisición de máquinas, como la renta del servicio de maquinados (Torno y Fresado). Se muestra a continuación en las tablas 9 y 10 el presupuesto del maquinado y costo de herramientas respectivamente. MAQUINADOS PIEZAS HORAS COSTO/HORA TOTAL BM 01(2) 4 $150 $600 BM02(2) 3 $150 $450 BM03 4 $150 $600 G01 4 $150 $600 ME01 4 $150 $600 ME02 3 $150 $450 SO01 3 $150 $450 SO02 3 $150 $450 INVERCION TOTAL $4200 Tabla 9. Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico. 58 HERRAMIENTAS MATERIALES COSTO TOTAL Desarmador plano $200 $200 Desarmador de cruz $200 $200 Pinzas de corte $200 $200 Taladro $200 $200 Brocas $200 $200 Llaves allen $200 $200 Arco y segeta $200 $200 INVERCION TOTAL $1400 4.1.3 Costos de Ingeniería Son inversiones que se realizan sobre activos constituidos por los servicios o derechos adquiridos, necesarios para la puesta en marcha del proyecto. Para el presupuesto del proyecto es necesario hacer un análisis de costos de ingeniería. Para ello se presenta a continuación la tabla 11, donde se puede apreciar el costo por hora hombre, el total de horas invertidas por cada personal y el total de estos que nos dará finalmente el aproximado en costo. Servicios de ingeniería Horas Costo /horas Días personal 1 300 $200 75 personal 2 300 $200 75 Personal 3 300 $200 75 Personal 4 300 $200 75 Total $240,000 Tabla 11. Costos hora/hombre de ingeniería. Tabla 10. Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico. 59 Junto con esto se presenta en la tabla 12 la cotización de todos aquellos elementos necesarios para poder construir el sistema mecánico de la máquina, con el código con el que se encuentra en el mercado y un posible proveedor. También se presentan en la tabla 13 la cotización de los elementos y dispositivos que integran al sistema eléctrico de la máquina, de igual manera con su respectivo código dentro del mercado actual. SISTEMA MECÁNICO Dispositivo Proveedor Código Cantidad Costo pieza Costo total Catarina Baleromex 40BS20 6 $157 $942 Cadena Baleromex 40BS 1 $140 $140 Rodamiento Baleromex IS 4 $15 $60 Perfil L Aceros Tultitlan 2" x 2” 1x6m $220 $220 Reductor Baleromex NRV-025-15 1 $1,800 $1,800 Placa Cold rolled Aceros Tultitlan 3”x5”x1/2” 1 $400 $400 Soporte brida Baleromex IS 4 $50 $200 Tornillos Allen Ferretodo Misceláneos 20 $2 $40 Rodamiento Baleromex 2 $30 $60 Barra acero Aceros Tultitlan 40-41 1/2”x7” 1 $200 $200 Recubrimiento Speed service Poliuretano dureza 1 $5,000 $5,000 Husillo Aceros Tultitlan IS 2 $450 $900 Lamina Aceros Tultitlan IS 5 $200 $200 Ruedas Jaytag IS 4 $100 $100 Tuercas Ferretodo Misceláneos 20 $2 $40 Total $10,284 Tabla 12. Cotización de dispositivos de sistema mecánico. 60 SISTEMA ELÉCTRICO Dispositivo Proveedor Código Cantidad Costo Pieza Costo total PLC Siemens logo230RC 1 $1,500 $1,500 Motor CA Siemens NEMA 1/2 HP 1 $1,300 $1,300 Motor reductor CRYA CD 1 $300 $300 Variador de frecuencia Siemens Micromaster 410 1 $1,400 $1,400 Micro controlador Esteren AVR atmega8 1 $40 $40 Transformador Steren 12v 3 A 1 $100 $100 Display de LCD Steren 12 BITS 1 $50 $50 Tablero CDP PP 1 $200 $200 Botones CDP PP 1 $150 $150 Bornera CDP PP 1 $50 $50 Sensores de contacto CDP PP 4 $50 $200 Total $5,290 Tabla 13. Cotización de dispositivos de sistema eléctrico. 61 Por medio de los análisis se obtuvo un precio para la máquina de $ 25,000 que como se muestra en la figura 4.1 un costo de maquinados de $ 4,200 y abarco un 17%; costo del sistema mecánico de $ 10 284 abarcó el 41%; el costo del sistema eléctrico de $ 5 290 abarcó el 21%; el costo de herramientas de $ 1,400 y abarco un 6% y finalmente el costo de mano de obra de $ 3,826 y abarco un 15%. Fig. 4.1 Grafica de análisis económico. 62 DISCUSIÓN A continuación se presentan los elementos con mayor discusión y a su vez se hará un análisis para realizar la elección adecuada tomando en cuenta las características relevantes de cada uno de estos. A.- Perfil estructural A1 Perfil de ángulo Perfiles generalmente usados en la construcción de A2 Perfil cuadrado estructuras o soportes. A3 Perfil “C” B.- Elementos de transmisión B1 Banda polea: Pueden ser asíncronas o asíncronas. Manejan poca potencia. Generalmente se usan cuando el sistema requiere velocidad. B2 Catarina cadena Son sincronías. Manejan elevadas potencias. Suelen tener cierta holgura entre sus partes. C.- Bridas C1 Pared Son de fácil acoplamiento al sistema.Brindan el soporte C2 Omega adecuados para los ejes.Su forma se elige dependiendo C3 Ovaladas del área donde se encuentre el eje. D.- Control D1 PLC Sistema de control programable. Muy utilizado en la industria. Es fácil de programar e instalar. Utilizado comúnmente en procesos secuenciales 63 D2 Micro controlador Es un microprocesador optimizado utilizado para controlar equipos electrónicos. Requiere de la construcción de etapas de potencia para el control de los motores E.- Motor de movimiento de rodillos de corte E1 Monofásico Motor energizado con una sola fase (120 VAC), para cambiar el sentido de giro es necesario de algunos elementos mecánicos E2 Bifásico Motor energizado con dos fases (220, VAC) pero comúnmente esta instalación sólo se encuentra en Europa E3 Trifásico Motor energizado en tres fases (220, 440 VAC). Permite hacer el cambio de giro mediante el manejo de sus fases. F.- Material de recubrimiento para rodillos F1 Naylamid Es un plástico proveniente de otras familias de polímeros. Presenta excelentes propiedades a la resistencia mecánicas, químicas, desgaste etc. F2 Poliuretano Polímero con una excelente resiliencia. Se encuentran tanto flexibles como duros, variando solo un poco la tenacidad del polímero. F3 Nylon Polímero artificial muy resistente y elástico, generalmente usado como fibra textil. 64 MATRIZ DE SELECCIÓN DE ELEMENTOS CRIÍTICOS ELEMENTOS OPCIONES OBSERVACIONES PERFIL ESTRUCTURAL A1 A2 A3 El Ángulo se aplica en estructuras livianas y pesadas donde las partes van unidas por soldadura o empernadas y son capaces de soportar esfuerzos dinámicos. ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN B1 B2 Debido a que no es necesario precisión se seleccionaron las cadenas y catarinas que son capaces de mantener la potencia y sincronía del sistema. BRIDA C1 C2 C3 Las bridas son óptimas para este sistema debido a la forma de acoplamiento en los rodillos. CONTROL D1 D2 Permite tener estandarización en el sistema y su programación es sumamente sencilla. MOTOR DE MOVIMIENTO DE RODILLOS DE CORTE E1 E2 E3 Un motor trifásico nos permite cambiarle el giro y generalmente en las industrias hay alimentación trifásica. MATERIAL DE RECUBRIMIENTO PARA EL RODILLO F1 F2 F3 Se seleccionó este material debido a su capacidad de resiliencia que presenta así como su resistencia. Elemento seccionado 65 RECOMENDACIONES 1 Es posible implementar la máquina diseñada dentro de una célula flexible de manufactura, haciendo esta totalmente automática. 2 Se podría implementar un sistema de expulsión automático del material 3 Es posible implementar un sistema de bandas para desplazar el material a cortar hacia los rodillos, pues estas cuentan con mayor tracción, consiguiendo así menos intervención del hombre durante el proceso. 4 Es necesario cambiar o rectificar el rodillo según se requiera. 5 Se recomienda colocar un sistema motriz que transporte la máquina de un lugar a otro. 66 CONCLUSIONES Para finalizar la presente proyecto, podemos apreciar que la máquina diseñada en este trabajo cumple y satisface cada uno de los objetivo planteados, pues se logró obtener una seguridad adecuada para mantener mínimos los riesgos que pueda existir para el trabajador, lográndose esto con el uso de un sistema que no permitiera la invasión por parte del operador en el área de corte. Se contemplaron los costos, ya que se obtuvo una reducción muy considerable en comparación a otros sistemas ya existentes que en su mayoría son importados. Lo cual pudimos demostrar en el análisis económico, debido a que el equipo de trabajo pudo sustituir y construir elementos, que en su mayoría tenían que ser importados aumentando con esto, el costo de la máquina. Fue posible aumentar los niveles de producción requeridos por el cliente, ya que al aplicar un sistema más dinámico, es posible trabajar y aprovechar las dos áreas de trabajo con las que cuenta la máquina, además ahora se puede realizar un trabajo limpio es decir un corte de los materiales en un solo ciclo, reduciendo con esto los tiempos ciclo. 67 GLOSARIO DE TÉRMINOS Resiliencia La capacidad de un material de recobrar su forma original después de haber sido sometido a altas presiones, correspondiéndose, en este caso, con la energía que es capaz de almacenar el material cuando se reduce su volumen. Suajadora Máquina que realiza el corte mediante suajes. Suaje Es una herramienta confeccionada con placa de acero para cortar, doblar o marcar materiales blandos, como: papel, tela, cuero, etc. Yunque Es una herramienta de herrería, hecha de un bloque macizo de piedra o metal que se usa como soporte para forjar metales como hierro o acero. Hendidor (o hendedor) Es un utensilio, tallado en piedra, se caracteriza por ser un instrumento alargado, de grandes o medianas dimensiones, con un filo terminal transversal al eje morfológico de la pieza. Chapa Es una lámina delgada de metal, que se utiliza para las construcciones mecánicas tales como carrocerías de automóviles, cisternas de camiones, etc. Cizalla Es una herramienta manual de corte que se utiliza para cortar papel, plástico y láminas metálicas de poco espesor. Punzón es una herramienta manual que puede tener diferentes aplicaciones según como esté construido, ya sea para marcar una pieza o trazar. Flejes Son tiras de metal con filo en un lado Embalaje Es el recipiente o envoltura que sirve para agrupar y transportar productos o mejor conocido en el mundo del “Marketing” como Empaque. Troquel máquina de bordes cortantes para recortar o estampar, por presión, planchas, cartones, cueros, etc. 68 Pleca Conjunto de suajes con una forma predefinida incrustados sobre una placa de madera o metal 69 FUENTES DE INFORMACIÓN Bibliografía 1. Hernández y Rodríguez, Sergio, “Fundamentos de la administración”, MC Graw Hill 2. Garza Treviño Juan Gerardo, “Administración contemporánea un reto para la empresa”, Aalambra mexicana 3. Mabie y Reinholtz, Mecanismos y dinámica de maquinaria, Ed. Limusa, 2004 Mesografia 1. Wikipedia (2007) "Troquel Cortante" [en linea]. http://es.wikipedia.org/wiki/Troquel_%28cortante%29 [Consulta: 10 octubre 2007] 2. Suajes Azcapotzalco "Suaje" [en linea] http://www.suajesazcapotzalco.com/suajes.html [Consulta: 10 octubre 2007] 3. Termoformadora y Empaques "Suajadora de Rodillos" [en linea]. http://www.evsapak.com/maquina4.html [Consulta: 10 octubre 2007] 4. Afisa Matic "Suajadoras" [en linea] http://www.afisamatic.com.mx/ [Consulta: 10 octubre 2007] 5. Clamco Corporation "Suajadoras" [en linea] http://www.clamcocorp.com/prodc.htm [Consulta: 10 octubre 2007] 70 6. Cosmos "Suajadoras" [en linea] http://www.abc-pack.com/default.php/name/Blisters/cPath/90 [Consulta: 10 octubre 2007] 7. Pack ABC [en linea] http://industry-portal.com/env/_ip__s__.htm [Consulta: 10 octubre 2007] 8. Makina erremintaen musea "Corte y deformacion" [en linea] http://www.museo-maquina-herramienta.com/historia/Lehenengoko- erremintak/xaflaren-ebaketa-deformazioa [Consulta: 10 octubre 2007] Entrevistas Nombre: Luis García, Empresa: Especialidad en Maquilados de México Cargo: Director general Nombre: Laura Delgado Morales Empresa: Especialidad en Maquilados de México Cargo: Gerente de compras Nombre: Felipe de Jesús Tapia Martínez Empresa: Especialidad en Maquilados de México Cargo: Supervisor de Producción Nombre: Víctor Delgado Cortez Empresa: Especialidad en Maquilados de México Cargo: Ingeniero de Mantenimiento 71 ANEXO A Descripción de los Departamentos que comprende la Empresa Especialidad en Maquilados S.A. REPRESENTANTE: Es aquel que interviene directamente con la compañía que contrató el Out Sourcing. A él se le entrega el trabajo en forma esquemática y detallada de lo que se va a realizar, un ejemplo seria el ensamble de una caja o el embalaje de productos, un etiquetado o sellado ADMINISTRACIÓN: La administración de esta compañía es literalmente sencilla ya que sólo cuenta con tres sub-departamentos que son: contabilidad, ventas y compras. En los cuales trabaja una persona dentro de cada uno de estos CONTABILIDAD: En este departamento se lleva a cabo el control de las entradas y salidas de capital en la compañía, tales como: facturación, créditos, pagos y movimientos fiscales, así como declaraciones de impuestos y deducciones etc. VENTAS: Este departamento es importante, ya que esta persona es la encargada de la venta del Out Sourcing al cliente HENKEL, son los encargados de conseguir todo el trabajo dentro de la maquila, además de pactar tiempos de entrega del trabajo terminado. 72 COMPRAS: Es el departamento encargado de proporcionar todos los medios y materiales necesarios para la producción, desde una máquina hasta materia prima, por lo tanto, este tiene que revisar los procedimientos y el uso de material para la producción requerida y sus características, para cotizar los materiales necesarios. PRODUCCIÓN: En este departamento se realizan las tareas encomendadas por el cliente y son dirigidas por el representante, el cual tiene la idea más clara de lo que el cliente solicita y se encarga de supervisar cómo deberá de presentarse el producto final tanto en especificaciones como acabados. Para este proyecto se presentan cinco tareas que son: corte, termo formado, etiquetado, ensamblado y emplayado. SUPERVISIÓN: Básicamente es la persona que capacita a los trabajadores en las tareas a realizar. Determina la secuencia de labores junto con el encargado de compras, además vigila o supervisa que las tareas se ejecuten correctamente y de manera conveniente en los tiempos necesarios para que el trabajo esté listo en la fecha pactada. ETIQUETADO: Básicamente es colocar adheribles sobre cajas para identificación de un producto. A esta tarea se le asignan hasta tres empleados según sea la demanda o el volumen a producir. TERMO FORMADO: Es la realización de un molde echa con un material plástico (PET) el cual es calentado por medio de aire caliente para ser someterse al vacío sobre un molde y así adopte la forma final este procedimiento lo realiza una máquina y un operario. 73 CORTE: Existen tres tipos de corte para implementación en maquilas estos son: el suaje, la guillotina y el “offset”. Dentro de los procesos que esta organización implementa es el suaje y el de guillotina. Este último se puede realizar con máquina o simplemente con tijeras, manualmente. Respecto al suaje, es aquí donde la investigación se enfoca, ya que la maquina que se pretende mejorar en la presente investigación es para realizar corte por medio de suajes debido a que dentro de esta área se encuentran un total de tres operarios para realizar esta tarea y existe un cuello de botella considerable en esta area. ENSAMBLADO: Es aquí donde los productos que requieren de más de dos operaciones toman se unen para conformar el producto final antes del empaquetado. EMPAQUETADO: Existen ocasiones que el trabajo a realizar sólo se trata de empaquetar productos a granel. Esta tarea se realiza en este departamento así como también la de empaquetar productos que requieran de más procesos, la cantidad de obreros depende de los volúmenes de trabajo requeridos. 74 ANEXO B Planos de la suajadora. 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 ANEXO C Especificaciones de Catarinas. 85 Fig.5.2 Mecanismo de elevación del rodillo superior y soporte para el rodillo inferior ANEXO D Desarrollo de Proyecto. Una vez que se tiene el diseño se procedió a comprar y maquinar todos los elementos necesarios para el ensamble del prototipo tales como: placas de aluminio, tornillos, perfiles, catarinas, cadena, rodamientos etc. Fig. 5.1. Una vez que se tienen todas las piezas se procede a ensamblar cada una de las partes de la suajadora como el mecanismo de elevacion. Fig. 5.2. Fig.5.1 Maquinado de las piezas 86 Se construye la base del prototipo y se ensambla el mecanismo de elevacion Fig. 5.3. Se fijan los motores a la estructura del prototipo y se alinea con el mecanismo de tracción de los rodillos Fig. 5.4. Fig.5.3 Base de soporte del prototipo Fig.5.4 Motor del mecanismo de tracción de los rodillos 87 Se colocan las catarinas en los ejes de los rodillos se alinean con el motor Fig. 5.5.y se ensambla el mecanismo de tensión Fig. 5.6 Fig.5.5 Alineación de la cadena Fig.5.6 Ensamble del sistema de tensión de la cadena 88 Finalmente se coloca la parrilla y la cadena del mecanismo de elevación Fig. 5.7 Y así se tiene el prototipo terminado Fig.5.8 Fig.5.7 Ensamble de la Parrilla y de cadena superior Fig.5.8 Prototipo Terminado