DISEÑO DE DISPOSITIVO MECATRÓNICO PARA AUTOMATIZACIÓN DE LA SALIDA DE LAS PACAS DE RECICLAJE EN LA EMBALADORA HIDRÁULICA

EN EMPAQUES FLEXA S.A.S

JONATHAN TORO GONZALEZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA

SANTIAGO DE CALI 2014

DISEÑO DE DISPOSITIVO MECATRÓNICO PARA AUTOMATIZACIÓN DE LA SALIDA DE LAS PACAS DE RECICLAJE EN LA EMBALADORA HIDRÁULICA

EN EMPAQUES FLEXA S.A.S

JONATHAN TORO GONZALEZ

Pasantía institucional para optar al título de Ingeniero Mecatrónico

Director JIMMY TOMBÉ ANDRADE

Ingeniero Electricista Magister En Ingeniería

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA

SANTIAGO DE CALI 2014

3

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.

JUAN CARLOS MENA

Jurado

JIMMY TOMBÉ ANDRADE

Jurado

Santiago de Cali, 21 de Mayo de 2014

4

CONTENIDO

Pág.

GLOSARIO 13

RESUMEN 14

INTRODUCCIÓN 15

1.ANTECEDENTES 16

1.1MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DE LA PACA. 16

1.2. IMPLEMENTACIÓN DE WINCHE 17

1.3. SISTEMAS DE RODILLOS MOTORIZADOS 17

1.4. DESARROLLAR UN PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO. 18

1.5. SITUACIÓN ACTUAL 18

2.PROBLEMA DE INVESTIGACION 20

2.1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 20

3.JUSTIFICACIÓN 22

4.OBJETIVOS 23

4.1.OBJETIVO GENERAL 23

4.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS 23

5.MARCO REFERENCIAL 24

5.1.MARCO TEÓRICO 24

5

5.1.1.SALUD OCUPACIONAL. 24

5.1.2.ERGONOMÍA. 24

5.1.3.SOBRESFUERZOS. . 24

5.1.4.DISEÑO CONCURRENTE DE INGENIERÍA.. 24

5.1.5.SISTEMA AUTOMATIZADO. 24

5.2.SOBRESFUERZOS 24

5.2.1.Manipulación manual de cargas. 25 5.3.AUTOMATIZACIÓN 25

5.3.1.Sensores.. 26

5.3.2.Actuadores.. 27

5.3.3.Tecnologías cableadas. 27

5.3.4 Tecnologías programadas. 28

5.3.5 Objetivos de la automatización 28

5.4.PROCESO DE RECICLAJE EN EMPAQUES FLEXA S.A.S. 29

6.METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN 31

6.1ETAPAS DEL PROYECTO 31

6.1.1.Planificación.. 31

6.1.2.Desarrollo conceptual. 31

6.1.3.Diseño a nivel de sistema. 32

6.1.4.Diseño detallado 32

6.2.PLANIFICACION 32

7.DESCRIPCION DEL PRODUCTO 33

7.1.PRINCIPALES OBJETIVOS DE MARKETING 33

7.1.1.Mercado primario. 33

7.1.2.Mercado secundario. 34

7.2.RESTRICCIONES Y PREMISAS 34

7.3.PARTES IMPLICADAS 34

8.PROCESO DE DISEÑO 35

8.1.DISEÑO CONCEPTUAL 35

8.1.1.Listado de necesidades 35

8.1.2. Generación de métricas de ingenierías. 36

6

8.1.3.Despliegue de la función de calidad 36

8.1.3.1.Benchmarking. 36 8.1.3.2.Matriz QFD 38 8.2.DISEÑO A NIVEL DE SISTEMA 40

8.2.1 Descomposición funcional. 40

8.2.2 Subsistemas 40

8.2.3 Generación de ideas en concepto.: 40

8.2.4 Matriz de selección del concepto final. 46

8.2.5 Arquitectura del diseño. 48

8.3.DISEÑO DETALLADO 49

8.3.1.Prototipado.. 49 8.3.2.Diseño de concepto final 50 8.3.3.Rampa de rodillos 50 8.3.4. Motorreductores. 50

8.3.5.CADENAS CON SUJECIÓN (ATTACHMENT) 51

8.3.6.PIÑONES.. 51

8.3.7.EJES. 52

8.3.8.CARCASA DE PROTECCIÓN (PESA Y EMBALADORA) 52

8.3.9.GUARDA DE SEGURIDAD (PESA Y EMBALADORA). 53

8.3.10.SENSORES. 53

8.4.MODELADO DEL DISEÑO FINAL 54

8.4.1. Análisis de esfuerzos. 54

8.4.1.1. ANÁLISIS DE ESFUERZOS DEL PIÑÓN.. 54

8.4.1.2. Estrategia de control. 55

8.5.DISEÑO DE MANUFACTURA 59

8.5.1. Cadenas transportadoras.. 59

8.5.2 Aditamento de cadena. 59

8.5.3. Piñones. 60

8.5.4. Motorreductor. 60

8.5.5. Estructura. 61

8.5.6. Carcasa de protección. 61

8.5.7. Guardas de seguridad.. 61

8.5.8. PLC 61

8.5.9. Sensores. 62

8.5.9. Costos totales. Los costos totales para el diseño del proyecto son: 62

8.6.DISEÑO PARA ENSAMBLAJE 62

7

8.7.DISEÑO DE MANTENIMIENTO 63

9. CONCLUSIONES 65

BIBLIOGRAFIA 66

ANEXOS 67

8

LISTADO DE CUADROS

Cuadro 1. Listado de requerimientos y necesidades ...................................... 35

Cuadro 2. Listado de métricas de ingeniería .................................................... 36

Cuadro 3. Ideas de posicionamiento .................................................................. 41

Cuadro 4. Matriz de selección de ideas conceptuales para ............................ 41

posicionamiento de paca

Cuadro 5. Ideas de transporte ............................................................................ 41

Cuadro 6. Matriz de selección de ideas conceptuales para transporte ......... 42

de paca

Cuadro 7. Ideas de almacenamiento de energía............................................... 42

Cuadro 8. Matriz de selección de ideas conceptuales para almacenamiento43

de energía.

Cuadro 9. Ideas del sistema de control ............................................................. 43

Cuadro 10. Matriz de selección de ideas conceptuales para el sistema. ....... 44

de control

Cuadro 11. Ideas de transformación de energía............................................... 44

Cuadro 12. Matriz de selección de ideas conceptuales para la ...................... 45

Transformación de la energía.

Cuadro 13. Generación de conceptos parciales de diseño ............................. 45

Cuadro 14. Generación de conceptos de diseño. ............................................ 46

Cuadro 15. Matriz de selección concepto final de diseño. .............................. 47

Cuadro 16. Convenciones grafcet. .................................................................... 57

Cuadro 17. I/O del PLC. ..................................................................................... 58

Cuadro 18. Costos de Cadenas.......................................................................... 59

Cuadro 19. Costos aditamentos tipo M1. .......................................................... 60

Cuadro 20. Piñones. ............................................................................................ 60

Cuadro 21. Motorreductores .............................................................................. 60

9

Cuadro 22. Costo total ........................................................................................ 62

Cuadro 23. Manual de mantenimiento ............................................................... 63

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Banda Transportadora 16

Figura 2. Gancho Winche 17

Figura 3. Sistema de rodillos motorizados 17

Figura 4. Solución actual en EMPAQUES FLEXA S.A.S 16

Figura 5. Embaladora hidráulica horizontal 20

Figura 6. Salida de Pacas. ................................................................................... 21

Figura 7. Forma de extracción actual de las pacas de reciclaje. ..................... 21

Figura 8. Proceso de aprovechamiento de material. ........................................ 29

Figura 9. Alimentación por picadora. ................................................................. 29

Figura 10. Alimentación manual. ........................................................................ 30

Figura 11. Etapas del diseño concurrente. ........................................................ 31

Figura 12. Transportador de cadenas TGW ....................................................... 37

Figura 13. Transportador de rodillos RF-89....................................................... 38

Figura 14. Matriz QFD .......................................................................................... 39

Figura 15. Caja negra. .......................................................................................... 40

Figura 16. Subsistemas. ...................................................................................... 40

Figura 17. Interacción entre elementos físicos y sistemas. ............................. 48

Figura 18. Distribución geométrica. ................................................................... 48

Figura 19. Diagramas selección tipo de Prototipado ........................................ 49

Figura 20. Rampa de rodillos .............................................................................. 50

Figura 21. Motorreductor .................................................................................... 50

Figura 22. Cadenas con attachment tipo M1 ..................................................... 51

Figura 23. Piñones. .............................................................................................. 51

Figura 24. Ejes. ..................................................................................................... 52

Figura 25. Carcasa de protección. ...................................................................... 52

Figura 26. Guarda de seguridad. ........................................................................ 53

Figura 27. Sensores. ............................................................................................ 53

Figura 28. Diseño final. ........................................................................................ 54

11

Figura 29. Grafcet 56

Figura 30. Vista de explosión 62

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LISTA DE ANEXOS

Anexo A. QFD. 67

Anexo B. Conceptos Anteriores de diseño. 68

Anexo C. MEMORIAS DE CÁLCULO 70

Anexo D. Sistema Completo del diseño. 71

Anexo E. Cotización Sensores. 74

Anexo F. Interruptores de emergencia con cuerda. 75

Anexo G.Cotización PLC Logo. 76

Anexo H. Características PLC Logo. 77

Anexo I. Características sensores through-beam. 78

Anexo J. Estudio de esfuerzos piñón. 79

Anexo K. Vista en explosión. 85

Anexo L. Cotización total. 86

Anexo M. Cotización Proveedor 1. 87

Anexo N. Cotización Proveedor 2. 88

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GLOSARIO

PACA: acumulación y compactación del material reciclado, de geometría rectangular enlazado por alambre. CADENAS DE MANUTENCION Y TRANSPORTADORAS: cadenas de transmisión diseñadas para el transporte de elementos por medio de sujeciones incorporados en los eslabones. SUJECIONES O ATTACHMENT: aditamentos especialmente diseñados para agregar a las cadenas transportadoras permitiendo el transporte de elementos gracias a los diferentes contactos y fricciones que se generan entre estos y los elementos a transportar. EMBALADORA HIDRAULICA HORIZONTAL: maquina empaquetadora de material reciclado, con extracción lateral por medio de carro compactador, accionado por un pistón hidráulico en posición horizontal. SOLIDWORKS 2013: software de modelamiento 3D y análisis de elementos finitos. GRAFTSET: grafica de Control de etapas de transición, diagrama funcional normalizado, que permite modelar procesos a automatizar teniendo en cuenta entradas, acciones y procesos intermedios. PLC: controlador Lógico Programable. TPM: mantenimiento Productivo Total, Metodología de mantenimiento basada en liderazgo, perseverancia y disciplina para lograr que todo el recurso humano se vea involucrado en el mejoramiento continuo.

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RESUMEN El presente proyecto se inicia por medio de la asociación existente entre la universidad autónoma de occidente y la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S, dentro del área de mantenimiento gracias a un programa de mejoramiento continuo, que busca mejorar la eficiencia de los procesos al interior del área, así como las condiciones y el confort de las diferentes personas que trabajan dentro del área. Al interior del área de desperdicios de la planta de producción de empaques flexibles se encontró un problema en la extracción de un aglomerado de material de una compactadora hidráulica, este proceso presentaba actividades repetitivas y de sobreesfuerzos, que generan predisposiciones a futuras lesiones de los operarios generando así retrasos e incumplimientos en el proceso. Como primera medida en el proceso de diseño de una posible solución a dicha problemática se generó un levantamiento de requerimientos a través de las necesidades evidenciadas en área de desperdicios, específicamente en la extracción del material de la embaladora hidráulica horizontal, una vez generados y obtenidos estos requerimientos se continuo con el proceso de diseño concurrente de ingeniería donde se logró crear conceptos de posibles soluciones a dicho problema, evaluando estos para así poder generar una solución eficaz que lograra suplir y solucionar el problema presente en el área de reciclaje. Después de realizar la conceptualización y el tamizaje de dichos conceptos se inicia la siguiente etapa del diseño en la cual se involucra el diseño detallado evaluando así de una forma funcional el problema y teniendo en cuenta la viabilidad y factibilidad del proyecto en esta área. PALABRAS CLAVES: Embaladora hidráulica horizontal, confort, sobreesfuerzos, diseño concurrente.

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INTRODUCCIÓN

En la industria actual el reciclaje es parte importante en un proceso de producción, por tal motivo se hace necesario que se tomen medidas con respecto al uso y se realicen programas para la utilización del mismo, esto permite que se aproveche todo el material posible generando un mínimo de desperdicios y procesos más eficientes al interior de las industrias, igualmente y no menos importante es necesario empacar estos desechos para su fácil manejo al momento de transportarlos, esto se realiza de diferentes formas, en el caso puntual de Empaques Flexa S.A.S el proceso de embalaje de desperdicios se realiza en pacas, gracias a la compactación del material y enlazado con alambre del mismo para cerrar la paca. Dichas pacas están conformadas por material plástico ya sea empaques, sabanas de plástico, poliuretano, entre otros, o también puede presentarse la existencia de pacas de cobre, cartón o aluminio, lo que representa grandes volúmenes y por consiguiente grandes pesos que conllevan a mayores esfuerzos a la hora de su movilización. La empresa Empaques Flexa S.A.S comprometida con sus valores institucionales y responsabilidad con el medio ambiente y la seguridad de sus empleados, realiza una labor que es de vital importancia para prevenir accidentes y problemas ergonómicos, esto conlleva a que se busque soluciones que mejoren las condiciones de trabajo que ponen en riesgo la salud y seguridad durante las actividades realizadas a lo largo de la jornada laboral por los operarios. De esta manera se pretende diseñar una solución que permita al operario no incurrir en situaciones que afecten su seguridad y salud, realizando un sobre esfuerzo al momento de movilizar las pacas sobre los rodillos en la salida de la embaladora hidráulica para ubicarlas en la báscula.

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1. ANTECEDENTES En la empresa Empaques Flexa S.A.S en la actualidad se realiza el proceso de movilizar las pacas fuera de la salida de la embaladora de forma manual entre dos operarios con un sobre esfuerzo además de no poseer una localización adecuada de los rieles para el ingreso de la montacargas, esto hizo que se realizaran estudios por parte de la empresa Colmena vida y riesgos profesionales, generando un proyecto de intervención ergonómica, durante este estudio se proyectaron posibles soluciones que permitieron identificar algunas ideas, las más importantes son: 1.1 MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE DE LA PACA.

Implementación de banda transportadora motorizada para el transporte de las pacas en la salida de la embaladora hidráulica. Figura 1. Banda transportadora

Fuente: Cortesía de Flexa, Estudio ARP Colmena

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1.2. IMPLEMENTACIÓN DE WINCHE

Existía la intención de implementar un sistema Winche para el jalado de las pacas, pero no se tenía especificado por medio de que se realizaría el enganche de la paca con el gancho, ni tampoco los posibles riesgos que podría causar. Figura 2. Gancho winche.

Fuente: Cortesía de Flexa, Estudio ARP Colmena

1.3. SISTEMAS DE RODILLOS MOTORIZADOS

Este sistema permitiría seguir con el parámetro actual de los rodillos solo que en este caso se harían motorizados permitiendo el movimiento autónomo de estos, comportándose como una banda transportadora

.

Figura 3. Sistema de rodillos motorizados

Fuente: Cortesía de Flexa, Estudio ARP Colmena

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1.4. DESARROLLAR UN PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO.

Este programa lo que busca es mejorar las condiciones de los actuales rodillos para que de esta manera se realicen mantenimientos periódicos y preventivos que permitan detectar fallos y poderlos corregir. Se debe tener en cuenta que ninguna de las anteriores soluciones se llevaron completamente al desarrollo por lo tanto son ideas que se pueden revaluar y modificar para ser tenidas en cuenta al momento idóneo

1.5. SITUACIÓN ACTUAL

La situación que presenta actualmente la problemática en la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S, demuestra las múltiples soluciones improvisadas y faltas de diseño, para este caso se demuestran a continuación. Figura 4. Solución actual en EMPAQUES FLEXA S.A.S

Fuente: Cortesía de Flexa Esta solución que consisten en la adicción de una tabla entre la base de la paca y

ERGOSOURCING.LTDA, «Requerimientos de diseño para puestos de trabajo de Alimentación manual de embaladora,» Cali, 2010.

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la parte superior de los rodillos evita que la paca sufra atascamientos en su proceso de salida ya que como es evidente en la figura se presenta ausencia de rodillos en algunos tramos y de esta manera se logra obtener una base más firme para la paca. De igual manera es utilizada la barra que se encuentra en la parte inferior de la banda de rodillos generando un punto de apoyo y palanca para completar la extracción de la paca de la embaladora hidráulica, de esta manera se logra encarrilar la paca sobre la tabla, generando así un sobre esfuerzo físico por parte de los dos operarios que intervienen el proceso de extracción.

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2. PROBLEMA DE INVESTIGACION

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Teniendo en cuenta que dentro de los procesos que conllevan el transporte de las pacas de reciclaje, se presentan problemas de repetitividad de movimientos y más aún cuando es de conocimiento general que dicha repetitividad es un factor que con el tiempo puede llegar a desarrollar problemas musculo-esqueléticos y sumando a esto la cotidianidad y la rutina laboral, estas actividades, generan en los operarios posturas o practicas inadecuadas las cuales no cumplen con los estándares de seguridad industrial y salud ocupacional, esto hace que los operarios tiendan a realizar algunos sobre esfuerzos y maniobras peligrosas. Figura 5. Embaladora hidráulica horizontal

Fuente: Cortesía de Flexa

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Figura 6. Salida de pacas

Fuente: Cortesía de Flexa En Empaques Flexa S.A.S se presenta un problema en la línea de la embaladora hidráulica durante el proceso de reciclado y empaquetado de los desechos, ya que al momento de sacar de la maquina las pacas se necesitan algunas veces de más de un operario para cumplir con esta tarea, debido al peso que se maneja en cada paca, esto depende del tipo de material compactado, pero en promedio su peso oscila entre los 300 y 550 Kg , haciendo que las personas realicen esfuerzos al momento de empujar las pacas debido a posiciones incomodas o malas posturas, generando así la presencia dolores, lesiones e inclusive accidentes ya que el sitio donde se realiza la tarea se cubre de desperdicios por el mismo proceso. Figura 7. Forma de extraccion actual de las pacas de reciclaje.

Fuente: Cortesía de Flexa Las pacas manejan dimensiones alrededor de 92cm de alto por 71cm de ancho y por 127 cm de profundidad, dependiendo del material su peso incrementa y sus medidas también pueden variar.

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3. JUSTIFICACIÓN Según el diccionario de la Real Academia Española la ergonomía se define como el “Estudio de datos biológicos y tecnológicos aplicados a problemas de mutua adaptación entre el hombre y la máquina”2, aplicando esta definición a la problemática actual vista en la línea de reciclaje se puede percibir la necesidad de reconocer la interacción entre los dos componentes hombre-máquina, de acuerdo a esto, durante el proceso de extracción de las pacas de la embaladora hidráulica se presentan frecuentes sobre esfuerzos que hacen a los operarios presentar molestias y dolores, de esta manera la interacción desarrollada entre los dos componentes no será optima viendo la necesidad de mejorarse. Debido a esto Empaques Flexa S.A.S evidenciando los problemas ergonómicos en estas zonas o puntos de trabajo y aplicando una rigurosa política de seguridad industrial para sus operarios se toma la decisión de realizar un estudio profundo en compañía de la universidad autónoma de occidente por medio del estudiante el cual deberá diseñar un dispositivo Mecatrónico que mejore las condiciones y seguridad al momento de extraer las pacas de la embaladora hidráulica, razón por la cual este proyecto tiene una alta prioridad. Durante estudios anteriores realizados por la empresa Empaques Flexa S.A.S, los accidentes no son una muestra significativa para dar por sentado la problemática, pero los esfuerzos repetitivos realizados por los operarios durante el turno pueden evidenciar las dificultades al momento de movilizar las pacas, esto permite demostrar la existencia del mejoramiento del proceso de trasporte. Además de esto si tenemos en cuenta que los accidentes ocurren entre las primeras o las últimas horas del turno dado que los operarios se presentan distraídos o con poca atención a realizar la tarea, o del mismo modo al final por el agotamiento del turno, generando así un foco de accidentalidad que la empresa busca evitar y evaluar3.

2Real Academia Española, «RAE,» 2010. [En línea][Consultado-Enero- 2013].Disponible en intermet: http://buscon.rae.es/drae/srv/search?val=ergonom%EDa. 3 CORTÉS DÍAZ J. M., Seguridad E Higiene Del Trabajo. Técnicas de prevención de riesgos laborales, Madrid: Editorial TÉBAR,S.L., 2007.

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4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL Diseñar un dispositivo Mecatrónico que permita el transporte de la paca de reciclaje a la báscula sin que el operario realice un sobre esfuerzo y permitir el confort necesario para el operario. 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Diseñar las estructuras mecánicas, y otros elementos necesarios para que el dispositivo realice la tarea.

• Diseñar el sistema de control que permitirá el manejo del dispositivo en la línea

de reciclaje.

• Diseñar el prototipo virtual del dispositivo.

• Comprobar mediante simulación la validación del dispositivo diseñado.

• Presentar el costo total del diseño realizado.

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5. MARCO REFERENCIAL

5.1. MARCO TEÓRICO Al presentarse la oportunidad de realizar el diseño de un dispositivo Mecatrónico que involucre un aspecto tan importante como la ergonomía en el diseño es necesario y de suma importancia establecer un proceso de comprensión que incluya conceptos básicos para la elaboración del proyecto presente. 5.1.1. Salud ocupacional. la salud ocupacional es una actividad multidisciplinaria dirigida a promover y proteger la salud de los trabajadores mediante la prevención y el control de enfermedades y accidentes y la eliminación de los factores y condiciones que ponen en peligro la salud y la seguridad en el trabajo4.

5.1.2. Ergonomía. Estudio de datos biológicos y tecnológicos aplicados a problemas de mutua adaptación entre el hombre y la máquina.

5.1.3. Sobresfuerzos. Son las lesiones ocasionadas por una mala o incorrecta manipulación de cargas o movimientos mal efectuados.

5.1.4. Diseño concurrente de ingeniería. La ingeniería concurrente es un esfuerzo sistemático para un diseño integrado, concurrente del producto y de su correspondiente proceso de fabricación y de servicio.

5.1.5. Sistema Automatizado. Es un sistema donde se transfieren las tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. 5.2. SOBRESFUERZOS

Los sobresfuerzos son una superación de las limitaciones indicadas para realizar una actividad, en algunos casos con llamados como TME (trastornos musculo-esqueléticos) estos sobre esfuerzos son las principales causas de problemas en

4 Pdfreedownload,» 2011.[en línea][consultado febrero de 2013]Disponible en internet: http://api.ning.com/files/O8kYbFcC3Bk8nVXRjyoXG2XEGLzcPYkhzJeUrXjYoycpxtZkge-GPwfPwekBRQGNd7OuOdE0sIl7j2qvvUGPlUzEi6c8AAWu/SaludLaboraldeNieto.doc.

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un gran número de trabajadores de las distintas áreas y sectores industriales entre otros, generando así consecuencias tales como el dolor y la inflamación en cualquier escala hasta lesiones que pueden llegar a ser graves y producirse incapacidades. Algunas causas físicas en los sobre esfuerzos son: las actividades manuales, el manejo de cargas, las malas posturas durante las actividades y los movimientos forzados, los movimientos repetitivos, los movimientos manuales enérgicos, o situaciones ambientales que afecten directamente el cuerpo, Por otra parte existen causas relacionadas con la organización del trabajo cabe destacar: el ritmo de trabajo, el trabajo repetitivo, los horarios de trabajo, entre otros.

Los sobreesfuerzos son la consecuencia de una exigencia fisiológica excesiva en el desarrollo de fuerza mecánica para realizar una determinada acción de trabajo.

El sobreesfuerzo supone una exigencia de fuerza que supera a la considerada como extremo aceptable y sitúa al trabajador en niveles de riesgo no tolerables.”5

5.2.1. Manipulación manual de cargas. La Manipulación manual de cargas es comprendida como el acto de manejo de cualquier tipo de carga, este proceso no solo comprende el agarre de está sino también la forma en que se realice la actividad, en algunos casos será de sujetar el objeto, jalarlo, empujarlo, o simplemente la acción de guiarlo con un mínimo esfuerzo esto no necesariamente implique que la acción sea realizada por un solo personal, ya que en muchas ocasiones se vea la necesidad de integrarse más de un usuario en la actividades, esto conlleva que en ocasiones se realicen prácticas que no correspondan a las evaluadas ergonómicamente para esa actividad.

5.3. AUTOMATIZACIÓN

La Automatización es una unión sinérgica entre los procesos industriales y las actividades que realice o no una persona, ya que esta busca que las tareas más riesgosas, repetitivas, y muy precisas sean realizados por dispositivos que permitan tener el mismo resultado sin importar factores externos, cansancio, agotamiento físico, visual, entre otros, de esta manera se puede aprovechar de una mejor manera el recurso humano en los procesos de producción, esto se

5 UNTA DE CASTILLA Y LEÓN, «Intersindical,[en línea][consultado Enero de 2013]Disponible en internet:http://www.intersindical.es/boletin/laintersindical_saludlaboral_04/archivos/Folleto_sobreesfuerzos.pdf.

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puede llevar a un punto que un proceso se pueda realizar con un mínimo de supervisión o inclusive sin operadores humanos6. De este modo, un sistema automatizado está compuesto por dos partes principales, Parte de Mando y Parte Operativa La Parte Operativa está dada por las situaciones directamente implicadas con los sistemas que permiten la funcionalidad de la máquina, algunos ejemplos son los pistones, motores entre otros. La parte de mando es la encargada de comandar la parte operativa ya que sin esta no se realizarían las tareas asignadas así se tuviera toda la parte operativa montada, este sistema permite una comunicación completa con todos y cada uno de los componentes de la parte operativa7. 5.3.1. Sensores. Para convertir los sucesos en hechos medibles se necesitan comunicarse por medio de la misma señal, estos sistemas utilizan los transductores para recibir datos de las fluctuaciones y perturbaciones que sufre el sistema.

Estos dispositivos que permiten el acto medible de diferentes tipos de características físicas son los sensores, estas diferencias permite su clasificación, de esta manera se encuentran de varios tipos: Transductores (todo o nada): Proveen uña señal binaria que permite ser muy

bien diferenciada. Ej. Finales de Carrera entre otros.

Transductores numéricos: envían valores numéricos en organización binaria. Ej. Encoders.

Transductores analógicos: Entregan una señal continua que es proporcional de la magnitud medida.

6 Quiminet.com..[en línea][consultado febrero de 2013]Disponible en internet: http://www.quiminet.com/articulos/que-es-la-automatizacion-27058.htm. [Último acceso: 15 01 2013] 7 ZUBIA, I. L. «Autómatas programables Maser Grupo Tecnologico.[en línea][consultado febrero de 2013]Disponible en internet: http://www.grupo maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/index.htm. [Último acceso: 12 01 2013

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5.3.2. Actuadores. Los Actuadores son los encargados de llevar acabo la acción final del dispositivo dada por el sistema de control permitiendo completar las tareas, este permite que se ejecute la acción después de recibir una señal eléctrica, y transformándola en una magnitud física. Los actuadores son clasificados dependiendo de la magnitud física que pueda monitorear como por ejemplo: eléctricos, neumáticos e hidráulicos. Los actuadores son controlados por la parte de mando, pero en algunos casos se maneja una parte de amplificación que permita cumplir todas las necesidades del actuador, ya que la potencia necesaria por algunos de estos no es posible obtenerla directamente de la parte controladora. Esta etapa debe tener un conexión tanto en el control como con el actuador, siendo muy importante pues cualquier perdida entre los dispositivos interrumpiría el flujo de información, de esta manera se debe acoplar no solo la misma señal, sino proteger y conservar libre de cualquier interferencia generada por el entorno. Esto permitirá que se aborde en la parte de mando, ya que los avances admite que se desarrolle tecnologías como en este caso programadas o cableadas desarrollando un sinfín de posibilidades para el desarrollo de proyectos.

5.3.3. Tecnologías cableadas. Al desarrollar esta tecnología se realiza una interconexión entre los diferentes componentes de los dispositivos esto hace que su forma de trabajo cambie, además es muy importante en la forma en que se conecten. Esta es una tecnología clásica, pero por estos motivos presenta muchas dificultades al momento de ser puesta en acción.

Los dispositivos que se utilizan en el momento de desarrollar las tecnologías cableadas son: Relés electromagnéticos, Módulos lógicos neumáticos y Tarjetas electrónicas.

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5.3.4 Tecnologías programadas. Durante el proceso de desarrollo tecnológico se crearon un sin números de posibilidades en las tecnologías programadas, esto permitió el ingreso de los microprocesadores estas magnificas herramientas realizarían una evolución de los sistemas de automatización, desarrollando grandes aplicaciones industriales Algunos de los equipos que permite la interacción con esta tecnología son: Los computadores y Los autómatas programables.

Las tecnologías programadas al ser desarrollada desde un computador permite generar diferentes posibilidades en el proceso de programación, esto permite que los diseños sean diferentes y efectivos para proyectos específicos pero presenta dificultades al momento de generar soluciones en entornos de líneas de producción debido a su diseño no específico, resulta un sistema frágil para trabajar. Una tecnología programable para el entorno industrial debe constar de elementos que le provean resistencia, seguridad, eficiencia, versatilidad entre otras cualidades, ya que este entorno es agresivo y pone a prueba la resistencia de los mismos.8

5.3.5 Objetivos de la automatización

o Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la producción

y mejorando la calidad de la misma.

o Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos difíciles e incrementando la seguridad.

o Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

o Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades

necesarias en el momento preciso.

o Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

o Integrar la gestión y producción.

8 PÉREZ E. M., J. M. Acevedo, SILVA C. F. y . QUIROGA, J. A. Autómatas Programables y Sistemas De Automatización, Barcelona: Marcombo, 2009.

29

5.4. PROCESO DE RECICLAJE EN EMPAQUES FLEXA S.A.S.

El proceso de reciclaje inicia cuando los desperdicios de las diferentes etapas de fabricación de los empaques flexibles son llevados al área de aprovechamiento, en este punto el material es triturado para no ser apto para su utilización, después es pasado a la embaladora hidráulica horizontal para su compactación en pacas de material y de esta manera facilitar su transporte a los diferentes puntos. Figura 1. Proceso de aprovechamiento de material.

Este proceso tiene dos fases de alimentación hacia la embaladora hidráulica, la primera fase es suministro por medio de la picadora. Figura 2. Alimentación por picadora

Fuente: Cortesía de Flexa

30

La segunda es la alimentación manual de la embaladora y se realiza cuando se encuentra fuera de servicio o en mantenimiento la picadora, esta forma permite incluir otros materiales duros que no pasan por el proceso de picado, como son: coberturas de cobre, coberturas de aluminio, y el polipropileno, siendo colocados directamente en la embaladora hidráulica. Figura 3. Alimentación manual

Fuente: Cortesía de Flexa

31

6. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN

6.1 ETAPAS DEL PROYECTO Siguiendo los lineamientos del diseño concurrente en la ingeniería es posible dividir la evolución o desarrollo de este proyecto en las cuatro primeras etapas del modelo concurrente. Figura 4. Etapas del diseño concurrente

6.1.1. Planificación. En esta parte del proyecto se enlistaran las necesidades por parte de las personas afectadas directamente por la problemática en este caso, los operarios, el área encargada, y las directivas de la empresa.

6.1.2. Desarrollo conceptual. Dentro de esta etapa se generaran los acercamientos de posibles soluciones a la problemática ya establecida, al igual que se genera la delimitación del problema, gracias al levantamiento de requerimientos y necesidades encontradas en este proyecto, posteriormente será necesario la búsqueda de posibles soluciones existentes tanto en el mercado, como posibles soluciones que se hallan tratado de implementar o diseñar, en estudios previos realizados por EMPAQUES FLEXA S.A.S.

ETAPA 1

•PLANIFICACION

ETAPA 2

•DESARROLLO CONCEPTUAL

ETAPA 3

•DISEÑO A NIVEL DE SISTEMA

ETAPA 4

•DISEÑO DETALLADO

ETAPA 5

•PRUEBA Y REFINAMIENTO

ETAPA 6

•ESCALADO DE PRODUCCION

32

6.1.3. Diseño a nivel de sistema. En este punto se generara la descomposición funcional del diseño para dar paso a la generación de ideas conceptuales que logren suplir las funciones en dicha descomposición, después de esto será necesaria la realización de una selección de estas ideas para generar conceptos de diseño lógicos y funcionales, obteniendo así un concepto que tenga lo mejor de cada una y sea el concepto objetivo de diseño. 6.1.4. Diseño detallado. En esta parte del diseño serán seleccionados las características de los prototipos que compondrán el diseño, permitiendo así realizar los diseños complementarios como lo son: un diseño mecánico, un diseño de geometría de piezas, análisis estructurales, diseños electrónicos, diseño para manufactura y diseño para ensamble y mantenimiento.

6.2. PLANIFICACION Al necesitar de dos operarios para poder completar la extracción de la paca de la embaladora hidráulica se logró determinar la problemática existente y la necesidad de mejorar este proceso, a esto se añade los problemas ergonómicos por parte de los operarios al manipular de una manera inadecuada las pacas, generando así situaciones de riesgo que comprometen su integridad física, estas situaciones se generan ya que los operarios deben extraer la paca con la ayuda de una tabla para disminuir el rose y permitir que la paca se deslice sobre la banda de rodillos, no menos importante es necesaria la ayuda mecánica, en este caso una palanca entre la paca saliente y la embaladora de manera que permita la liberación de la primera parte de la paca y así quede sobre la banda de rodillos, al completar este punto es necesaria la fuerza de los dos operarios para completar la salida de la paca hasta la banda de rodillos que incluye la pesa.

33

7. DESCRIPCION DEL PRODUCTO

La embaladora hidráulica horizontal tiene un funcionamiento de 24 horas que se compone de dos turnos, en cada turno se realizan en promedio 8 pacas, cada paca con una duración de una hora u hora y media, esto debido a que no es un proceso continuo, este proceso depende de los desperdicios de las demás áreas, generando tiempo de espera entre la finalización de cada área, dentro del proceso de compactación de residuos se generan 3 tipos de pacas las primeras con un peso promedio entre 540 y 570 kilogramos, después se presentan pacas en un rango entre los 250 y 355 kilogramos y por último se tiene pacas que pueden llegar a los 200 kilogramos, estas últimas en un volumen de producción mínimo, debido a mala compactación y problemas con el material , llevando esto muchas veces a iniciar de nuevo el proceso de compactación, teniendo en cuenta la descripción de las características anteriores se diseñara un dispositivo que logre la extracción y el transporte de las pacas teniendo en cuenta los elementos existentes y generando posibles mejoras a estos.

7.1. PRINCIPALES OBJETIVOS DE MARKETING Como el principal enfoque es cumplir con los requisitos del proyecto y de esta manera lograr captar un posible mercado interesado en las mismas necesidades y de esta forma ampliar el rango a empresas que tengan áreas de aprovechamiento similares, donde el diseño tenga capacidad de integración con lo existente, de esta manera el producto permitirá que la empresa mejoren sus áreas de aprovechamiento y reciclaje. 7.1.1. Mercado primario. El diseño esta acoplado a los requerimientos y necesidades de la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S. quien es el principal cliente, mediante este dispositivo se mejorara las condiciones que están generando la problemática y podrá mejorar el confort y ante todo la seguridad del personal, este punto es muy importante no solo para la empresa sino para cualquier persona que se encuentre en contacto con el dispositivo.

34

7.1.2. Mercado secundario. Son todas las empresas que tengan contacto con el manejo de materiales de aprovechamiento y reciclaje, esto permite tener un amplio espectro en el mercado ya que las empresas que manejan los materiales en pacas de reciclaje podrán beneficiarse con el dispositivo, acoplándose a cada ambiente en que sea requerido para realizar la función de transportes de desperdicio, además de ser utilizado en otras dependencias de la empresa o filiales a las cuales les pueda ser útil. 7.2. RESTRICCIONES Y PREMISAS • Debe ser de carácter industrial. • Debe cumplir ante todo con la seguridad. • La máquina debe transportar una sola paca a la vez. • No se deben usar bandas transportadoras. • El espacio debe ser el mismo al usado actualmente. • debe tener una disponibilidad de uso de 24 horas. • El diseño se debe realizar teniendo en cuenta los elementos existentes en

la salida de las pacas y una longitud de paca de 1.20 metros. 7.3. PARTES IMPLICADAS

Al determinar las personas que se ven de alguna manera unidas al dispositivo se encuentra a los encargados del área de aprovechamientos, ya que este dispositivo está a su cuidado, el área determinara los cuidados y tiempos por parte del área de mantenimiento quien de forma organizada realizara los paros, emergencias u algún otro evento que se llegara a presentar, de la misma manera los operarios serán piezas claves en la supervisión del mismo.

35

8. PROCESO DE DISEÑO

8.1. DISEÑO CONCEPTUAL

8.1.1. Listado de necesidades. Las necesidades evidenciadas se obtuvieron mediante una reunión directa con los operarios, jefes de área y encargados de mantenimiento del sector de aprovechamiento de residuos, a continuación se relaciona una tabla en la cual estas necesidades son convertidas lenguaje de ingeniería y serán ponderados con niveles de importancia que irán de 1 a 5 siendo 5 la de mayor importancia.

Cuadro 1. Listado de requerimientos y necesidades NECESIDAD

REQUERIMIENTOS LENGUAJE DEL CLIENTE

LENGUANJE DE INGENIERIA

PONDERACION

1

Que sea real

Que su implementación sea con elementos de tecnología actual

4

2 Que no consuma demasiados recursos

Que sea eficiente 3

3 Que sea duradera Larga vida útil 3 4

Que no sea costosa Que sea viable económicamente

3

5 Que sea segura Que cumpla con normas de seguridad industrial

5

6 Que sea fácil de manejar Que tenga una interfaz amigable

2

7 Reparable con elementos generales

Fácil mantenimiento

4 8 Fácil cambio de piezas

averiadas 9 Que no sea necesario más de

un operario para extraer la paca Automatizado

5 10 Que pueda ser manejada por un

operario o por si misma Secuencias de funcionamiento paso a paso o automático

4

11 Que trabaje los dos turnos Disponibilidad de 24 horas 5 12 Que resista las pacas más

pesadas Diseño robusto 4

13 Que se pueda parar por cualquier motivo rápidamente

Velocidad en la parada de emergencia

5

14 Que tenga buen aspecto Diseño agradable 3 15 Que no saque muy rápido la

paca Baja velocidad 3

16 Que no afecte la apertura de la embaladora

Libre de atascamientos 4

36

17 Que utilice el sistema de alimentación de la planta

Uso de sistema eléctrico existente

2

18 Que no ocupe mucho espacio Dimensiones adecuadas 2 8.1.2. Generación de métricas de ingenierías. A continuación se genera el listado de métricas con sus respectivas unidades de medidas definidas de tipo subjetivo u objetivo llevando a relacionar algunas de ellas.

Cuadro 2. Listado de métricas de ingeniería.

# Necesidades que se relacionan

Métricas Valor ideal

Valor marginal

Importancia U. medida

1 7,8 Mantenimiento si si 4 Si – No 2 1 Tecnología actual si si 4 Si – No 3 2 eficiencia si si 3 Si – No 4 3,12 Vida útil 15 6 4 Años 5 4,7,9,1 Costo $ 10 $ 25 4 Millones de

Pesos col. 6 5,9,12,13,16 seguridad Alto Medio 5 Lista(Alto,

Medio, Bajo)

7 6,10,13,14 Interacciones con el usuario

Medio Bajo 3 Lista

8 9,1,2,5,10 automatizado Si Si 4 Si - No 9 11 Tiempo de

funcionamiento 24 12 5 Horas

10 12,3 Diseño robusto Medio Medio 4 Lista 11 13 Tiempo de

respuesta 0.3 1 4 Segundos

12 14,18 Forma Irregular 8.2. 3 subjetiva 13 15 Velocidad del

proceso 3 5 3 Minutos

14 17, 1, 2,11 Alimentación eléctrica

440 220 4 VAC

8.1.3. Despliegue de la función de calidad

8.1.3.1. Benchmarking. Mediante una investigación se logró identificar dos dispositivos existentes en el mercado, que pueden dar solución a la problemática planteada.

Cuadro 1 ( comtinuación)

37

o TRANSPORTADOR DE CADENAS Para altas cargas útiles de hasta 1.500 kg. El transportador de cadenas transporta cuidadosamente paletas, paletas de cajas de rejilla y productos similares tanto de forma longitudinal como transversal. Este sistema de manipulación de materiales optimizado garantiza una calidad de transporte y una disponibilidad máximas unidas a la mínima emisión de ruidos. Las características especiales del transportador de cadenas son las cadenas solapadas en los puntos de transición y el tensor de cadenas de fácil manejo para el operador9.

Velocidad de transporte 0,2 - 0,45 m/s Dimensiones de la cadena 5/8" Duplex Transporte longitudinal del ancho de la vía 725 mm Transporte transversal del ancho de la vía 960/1.110 mm Carga útil por accionamiento máx. 6.000 kg Longitud del transportador máx. 10 m Nivel del transportador superior mín. 450 mm Carga útil por paleta máx. 1.500 kg Rango de temperaturas hasta -30 °C Opciones raíles para paletas, tercer ramal de cadena accionado.

Figura 5. Transportador de cadenas TGW

Fuente: Tomado de TGW

9 TGW. Transportador de cadenas para altas cargas.[en línea][consultado Mayo de 2013]Disponible en internet: http://www.tgw-group.com/es-es/productos/sistemas-transportadores-de-paletas/transporte-en-linea/transportador-de-cadenas-242/

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o Transportador de rodillos RF-89. Este transportador de rodillos se puede

utilizar para transporte horizontal10.

Velocidad de transporte: 0.3 m/s; máx. 0.5 m/s Potencia de transmisión: máx. 0.25-2.2 kW Capacidad de transporte: máx. 675 Tarima/h a v=0.3 m/s Carga útil: hasta 1500 kg / tarimas; máx. 4800 kg Diámetro del rodillo: 89 mm Intervalo entre rodillos: 200 mm

Figura 6. Transportador de rodillos RF-89.

8.1.3.2. Matriz QFD. La matriz QFD que se muestra a continuación es un método de selección el cual permite por una serie de pasos identificar la opción más acertada al determinar la relación entre necesidades y especificaciones, de igual manera permite un estudio de competitividad en las especificaciones del proyecto y los dispositivos existente en el mercado para tener una dirección correcta en el proceso de diseño. Para mayor detalle ver anexo 1.

10 STӦCKLIN. Transportador de rodillos RF-89. .[en línea][consultado Mayo de 2013]Disponible en internet: http://www.stoecklin.com/58-4-Frdern.html#1

39

Figura 7. Matriz QFD

Las métricas más importantes en el diseño a realizar son: costos, automatización, diseño robusto, tiempo de respuesta, como lo demuestra la matriz QFD.

40

8.2. DISEÑO A NIVEL DE SISTEMA

8.2.1 Descomposición funcional. Mediante la siguiente descomposición se determinara los sistemas que se necesitan para cumplir con el proceso que debe realizar el dispositivo y los pasos necesario para cada sistema.

Figura 8. Caja negra.

8.2.2 Subsistemas

Figura 9. Subsistemas

8.2.3 Generación de ideas en concepto. A continuación se relacionaran las ideas conceptuales generadas para cada sistema durante el proceso de selección realizado junto a los operarios y encargados del área de aprovechamiento:

41

Posicionamiento de paca.

Cuadro 3. Ideas de posicionamiento

Codificación Ideas

A. Guías(piñón con púas) B. Gancho winche C. Palanca Mecánica D. Sujeción(attachment)

Cuadro 4. Matriz de selección de ideas conceptuales para posicionamiento de paca

POSICIONAR PACA

Criterio de selección A B C D Fácil implementación + - + 0 Costo + - + - Frecuencia de mantenimiento - + + + Seguridad - + - + Positivos 2 2 3 2 Iguales 0 0 0 1 Negativos 2 2 1 1 Total 0 0 2 1 Orden 3 3 1 2 ¿Continua? No No Si Si

Las ideas A y B no continúan debido a que generan alto riesgo a la integridad de los operarios, a pesar que sus costos de implementación podrían ser menores en algunos casos comparados con las demás ideas. Transporte de paca

Cuadro 5. Ideas de transporte.

Codificación Ideas

A. Rodillos B. Bandas C. Cadenas + sujeción D. Bandeja + winche E. Carro + winche F. Carro + garras o púas

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Cuadro 6. Matriz de selección de ideas conceptuales para transporte de paca

TRANSPORTE DE PACA

Criterio de selección A B C D E F Fácil implementación + - - - - - Costo + - + + - - Frecuencia de mantenimiento + + + - - - Seguridad + + - - + - Forma + 0 + - - - Vida útil + - + 0 + - Positivos 6 2 4 1 2 0 Iguales 0 1 0 1 0 0 Negativos 0 3 2 4 4 6 Total 6 -1 2 -3 -2 -6 Orden 1 3 2 5 4 6 ¿Continua? Si Si Si No No No

Las opciones D, E y F son descartadas esencialmente, por el alto riesgo que implican para el operario, este punto es de vital importancia para la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S. llevando así a descartarlas en el proceso de selección, por otra parte es posible crear una sinergia entre las opciones como es el caso de los rodillos y las cadenas de sujeción, ya que al momento de ser presentadas en EMPAQUES FLEXA S.A.S. se generó este concepto, de igual forma se logró evidenciar que al unir estos dos conceptos que se puede generar una afectación directa al sistema de posicionamiento. Almacenamiento de energía

Cuadro 7. Ideas de almacenamiento de energía.

Codificación Ideas

A. Recibir energía del sistema eléctrico de la empresa EMPAQUES FLEXA

B. Planta eléctrica C. Banco de baterías D. Energía solar E. Energía eólica

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Cuadro 8. Matriz de selección de ideas conceptuales para almacenamiento

de energía.

ALMACENAMIENTO DE ENERGIA

Criterio de selección A B C D E Fácil adquisición + + + - - Costo + - - - - Frecuencia de mantenimiento + - - - + Seguridad + + - + - Diseño robusto + + - + + Nivel de automatización 0 0 0 + + Positivos 5 3 1 3 3 Iguales 1 1 1 0 0 Negativos 0 2 4 3 3 Total 5 1 -3 0 0 Orden 1 2 4 3 3 ¿Continua? Si Si No No No

Las ideas D y E, energías solar y eólica no continúan debido a sus altos costos de implementación y medidas sobredimensionadas para la empresa, además de esto una premisa del diseño fue la simplicidad del mismo y estos sistemas energéticos al poseer una implementación compleja no se justifica su desarrollo en la empresa. La idea C no continua debido a las limitaciones en sus aplicaciones y los altos costos de implementación, además de esto es necesario disponer un espacio adicional que permita la organización del banco de baterías. Sistema de control

Cuadro 9. Ideas del sistema de control.

Codificación Ideas

A. PLC B. Micro controlador C. FPGA D. PSoC

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Cuadro 10. Matriz de selección de ideas conceptuales para el sistema de

control.

ALMACENAMIENTO DE ENERGIA

Criterio de selección A B C D Fácil adquisición + + - - Costo + + - - Frecuencia de mantenimiento + + + + Consumo energético + + + + Capacidad de procesamiento + - + + Nivel de automatización 0 0 0 + Positivos 5 4 3 4 Iguales 1 1 1 0 Negativos 0 1 2 2 Total 5 3 1 2 Orden 1 2 4 3 ¿Continua? Si Si No Si

La idea C no continua debido a al carácter industrial del proyecto, además de esto los costos de implementación se verían incrementados ya que para su desarrollo es necesario la intervención de otros sistemas. Transformación de energía.

Cuadro 11. Ideas de transformación de energía.

Codificación Ideas

A. Bandas y poleas B. Tren de engranajes C. Cadenas y piñones D. Acoples directos al eje E. Servomotores F. Moto-reductores

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Cuadro 12. Matriz de selección de ideas conceptuales para la transformación

de la energía

ALMACENAMIENTO DE ENERGIA

Criterio de selección A B C D E F Fácil implementación - - + + - + Costo + - - + - - Frecuencia de mantenimiento - + + + + + Transmisión de potencia + + + + + + Positivos 2 2 3 4 2 3 Iguales 0 0 0 0 0 0 Negativos -2 -2 1 0 2 1 Total 0 0 2 4 0 2 Orden 3 3 2 1 3 2 ¿Continua? No No Si Si No Si

La idea A y B fueron descartadas debido a que se necesitarían muchas relaciones de tamaño para poder generar la reducción y el torque necesario para mover las pacas, la idea E fue eliminada debido a su alto costo y la necesidad de sistemas adicionales para lograr su funcionamiento.

Cuadro 13. Generación de conceptos parciales de diseño.

item / concepto

A B C D E F G H I

posicionamiento de la

paca

palanca mecánic

a

sujeción attachm

ent

palanca mecánic

a sujeción

palanca mecánic

a

sujeción

Palanca

mecánica

sujeción sujeción

transporte de paca

bandas rodillos Cadena

sujeción

bandas rodillos

Cadenas

sujeción

bandas

Cadena

sujeción

rodillos

almacenamiento de energía

sistema eléctrico

flexa

sistema eléctrico

flexa

planta eléctrica

planta eléctrica

sistema eléctrico

flexa

sistema eléctrico flexa

planta eléctric

a

sistema

eléctrico

flexa

planta eléctrica

sistema de control

Micro controla

do PLC PSoC

Micro controlad

or PLC PSoC PSoC PLC

Micro controla

dor

transformación de energía

acoples directos de ejes

Moto reductor

Cadenas y piñones

cadenas y piñones

acople directos de ejes

Moto reducto

r

cadenas y

piñón

cadenas y

piñones

Moto reductor

46

La idea de palanca mecánica es descartada ya que no es compatible con el objetivo de la automatización, además de esto seguiría el problema de sobresfuerzo físico para los operarios.

La idea de planta eléctrica también es descartada debido a la generación de

mayores costos de implementación en un posible funcionamiento futuro ya que incurriría en costos de mantenimiento para la planta eléctrica, además de ser redundante ya que es posible alimentar el dispositivo del mismo sistema eléctrico en EMPAQUES FLEXA S.A.S. Ver anexo 2.

Al analizar los sistemas de posicionamiento y transporte de la paca, se logró

determinar que pueden fusionarse, debido a que la idea de sujeción + attachment, pueden estar presente en el mismo sistema de transporte, esto beneficia el diseño aportando simplicidad y reducción de sistemas y elementos.

De igual manera la idea de bandas para el sistema de transporte es

descartada debido a que en reuniones con los jefes de áreas de mantenimiento, aprovechamiento, gestión humana y el jefe de planta se llegó a la conclusión de no usar bandas ya que era requisito aprovechar los elementos y estructuras ya existentes, además de los costos que implicarían estas.

Cuadro 14. Generación de conceptos de diseño

item / concepto A B C D E F G

Posicionamiento y transporte

Rodillos + cadenas de

sujeción

Rodillos + cadenas

de sujeción

Rodillos + cadenas

de sujeción

Rodillos + cadenas de

sujeción

Rodillos + cadenas de

sujeción

Rodillos + cadenas

de sujeción

Rodillos + cadenas de

sujeción

almacenamiento de energía

Sistema eléctrico

flexa

Sistema eléctrico

flexa

Sistema eléctrico

flexa

Sistema eléctrico

flexa

Sistema eléctrico

flexa

Sistema eléctrico

flexa

Sistema eléctrico

flexa

sistema de control

Micro controlador PLC PSoC Micro

controlador PLC PSoC Micro controlador

transformación de energía

acoples directos de

ejes

Moto reductor

Cadenas y piñones

cadenas y piñones

acople directos de

ejes

cadenas y piñón

Moto reductor

8.2.4 Matriz de selección del concepto final.Para la selección del concepto final se tuvieron en cuenta como criterios de selección tanto las métricas obtenidas a partir de las necesidades como las restricciones y premisas propias del diseño.

47

Cuadro 15. Matriz de selección concepto final de diseño.

Variantes de conceptos

Criterio de evaluación

(métrica restricción y

premisa)

A B C D E F G

Mantenimiento + + - - + - -

Tecnología actual

+ + + + + + +

Eficiencia + + + + + + +

Vida útil + + + - + - +

Costo - - - - - - -

Seguridad + + - - + - +

Interacciones con el usuario

0 0 0 0 0 0 0

Automatizado + + + + + + +

Tiempo de funcionamiento

0 0 0 0 0 0 0

Diseño robusto - + + - + - -

Tiempo de respuesta

0 0 0 0 0 0 0

Forma 0 0 0 0 0 0 0

Velocidad del proceso

0 0 0 0 0 0 0

Alimentación eléctrica

- + - - + - -

Carácter industrial

- + + - + - -

Positivos 6 9 6 3 9 3 5

Iguales 5 5 5 5 5 5 5

Negativo 4 1 4 7 1 7 5

Total 2 8 2 -4 8 -4 0

Orden 2 1 2 4 1 4 3

¿Continua? No Si No No Si No No

Los conceptos B y E son los de más alto orden, estos son los más afines a las necesidades del proyecto. Para poder determinar un solo concepto de diseño se realiza una evaluación de estos teniendo en cuenta los factores que influirían en una posible implementación, de acuerdo a lo anterior el concepto E que incluye los acoples directos sobre los ejes requerirían adicionalmente la implementación de sistemas de control por medio de variadores de velocidad agregando cargas y costos al diseño, mientras que el concepto B al poseer la concepción de los moto reductores simplifica la transformación de la energía en movimiento rotacional permitiendo así disminuir elementos, costos y espacios.

48

8.2.5 Arquitectura del diseño.

Figura 10. Interacción entre elementos físicos y sistemas.

8.2.6 Distribución geométrica del diseño. Figura 11. Distribución geométrica.

49

El diseño generado cuenta con una longitud total de 5.7 metros y un ancho 1.5 metros para un área total de 8.55 metros cuadrados de espacio utilizado. Se debe tener en cuenta que la embaladora representada en este caso en la geometría de color verde (1) es fija y es de carácter inamovible por lo cual el diseño debe ser acoplado a esta. La geometría de color amarillo (2) representa la primera sección de la rampa y en ella están contenidos las cadenas, aditamentos, piñones, soportes, tensores, motorreductor y demás elementos que componen esta primera parte del sistema de posicionamiento y transporte, de igual manera sucede con la geometría representada en azul (3) con la única diferencia que esta sección se encuentra ubicada sobre una pesa de tipo diferencial. 8.3. DISEÑO DETALLADO

8.3.1. Prototipado. En este proyecto se generara un diseño que permita el desarrollo de un prototipo de tipo analítico.

Figura 12. Diagramas selección tipo de Prototipado

50

8.3.2. Diseño de concepto final. Para llevar a cabo el diseño del concepto final se utilizó la herramienta de modelamiento 3D SolidWorks 2013 por medio de este se generaron modelos virtuales del sistema de posicionamiento y transporte de las pacas. Para mayores detalles de los modelos diseñados ver anexo 4.

8.3.3. Rampa de rodillos. Para el concepto final es necesaria la utilización de cuatro rampas de rodillos, estas rampas formaran un carril permitiendo el movimiento de las cadenas, la empresa cuenta con 2 rampas existentes, que serán modificadas para cumplir con los requisitos del diseño, los rodillos serán reducidos de tamaño y separados para formar un espacio intermedio que permita la introducción de las cadenas con sus respectivos attachments al sistema actual.

Figura 13. Rampa de rodillos

8.3.4. Motorreductores. Este elemento generara el movimiento que se transmitirá a los ejes, gracias a su caja reductora acoplada al motor permitirá desarrollar el torque y la velocidad necesarias para transportar la paca a lo largo de todo el sistema.

Figura 14. Motorreductor

51

8.3.5. Cadenas con sujeción (Attachment)

Sera la encargada de transmitir el movimiento, además por medio de los attachment generara el agarre necesario para el transporte de la paca gracias a la instalación del aditamento de tipo M1 entre los eslabones de está, cubriendo una distancia de 1.2 metros para garantizar que la paca descanse en su totalidad sobre los aditamentos de sujeción. Cabe aclarar que se optó por este aditamento teniendo como criterio la seguridad y velocidad de funcionamiento disminuyendo el riesgo de los operarios.

Figura 15. Cadenas con attachment tipo M1

8.3.6. Piñones. Los piñones serán los encargados de la transmisión de potencia entre el eje y todo el conjunto de la cadena, estos son diseñados de acuerdo a las necesidades de desplazamientos, transmisión, y acople con el eje, logrando así el desplazamiento de la paca a lo largo de toda longitud de las rampas de rodillos.

Figura 16. Piñones.

52

8.3.7. Ejes. Estos son diseñados para transmitir el movimiento directo de los Motorreductores a los piñones, sobre estos reposan los piñones y rodamientos, este eje esta soportado gracias a la acción de estructuras que incluyen horquillas o chumaceras que permiten mantener una posición fija para el eje y su libre rotación.

Figura 17. Ejes.

8.3.8. Carcasa de protección (pesa y embaladora). Mediante la carcasa de protección se garantizara la seguridad de los operarios además de proteger los elementos de agentes externos que comprometerían el funcionamiento del dispositivo. Está diseñada con una lámina de acero de 4mm, con una longitud de 2.69 metros para la primera zona de transporte y de 2.76 metros para la segunda zona, ambas cuentan con un ancho de 0,3 metros y dos aberturas en su parte superior las cuales permiten el desplazamiento de las cadenas con los respectivos aditamentos de sujeción. Figura 18. Carcasa de protección.

53

8.3.9. Guarda de seguridad (pesa y embaladora). Separa de manera segura a los operarios de los elementos que componen el diseño, permitiendo mayor seguridad en el área de aprovechamiento y a su vez delimitando las zonas de trabajo de la máquina, fueron diseñadas con tubería de 1.5 pulgadas, la geometría de las guardas está concebida en tres secciones para así poder cubrir la mayor área posible a lo largo de la rampa de rodillos. Figura 19. Guarda de seguridad.

8.3.10. Sensores. Permite el monitoreo permanente de la paca durante el proceso de transporte, detectando en cualquier momento la presencia y posición de la paca a lo largo de la rampa de rodillos además de esto cumplen con una función primordial en cuanto al sistema de control, estos sensores serán de tipo through-beam y de tipo mecánico para las líneas de vida como es el caso de interruptores de parada con cuerda. Ver anexos 6 y 9.

Figura 20. Sensores.

54

8.4. MODELADO DEL DISEÑO FINAL

Figura 21. Diseño final.

8.4.1. Análisis de esfuerzos. Por medio de este análisis se ratificara el correcto diseño estructural de los elementos fundamentales del sistema de posicionamiento y transporte.

8.4.1.1. Análisis de esfuerzos del piñón. Análisis de los esfuerzos generados en el piñón al entrar en contacto con la cadena en el momento de transmisión de potencia entre el motor y la fuerza necesaria para movilizar la paca de reciclaje.

55

Figura 22. Estudio de esfuerzos piñón concepto final de diseño. Nombre Tipo Mín. Máx.

Tensiones1 VON: Tensión de von Mises

823.339 N/m^2 Nodo: 845

1.41787e+008 N/m^2 Nodo: 25008

piñon motor-Estudio 2-Tensiones-Tensiones1

8.4.1.2. Estrategia de control. Todas aquellas empresas dedicadas al proceso del papel o plástico, que requieran realizar una excelente destrucción del material de desperdicio. El objetivo de esto sería adaptar el diseño a las necesidades y requerimientos del cliente. La producción de este diseño pertenece a la empresa Empaques Flexa S.A.S. Por tanto, cualquier tipo de reproducción en otra empresa, debe llevar los respectivos permisos y premisas de la empresa dueña del sistema. Ver anexo 10.

56

Figura 23. Grafcet.

57

Cuadro 16. Convenciones grafcet

SIGLA SIGNIFICADO

Inicio Estado inicial del proceso MA Modo Automático Msb Modo De Espera MM Modo Manual PM1 Pulsador motor 1 PM2 Pulsador Motor 2 M1 Motor 1 M2 Motor 2 START Botón De Inicio S1 Sensor Posición 1 S2 Sensor Posición 2 S3 Sensor Posición 3 S4 Sensor Posición 4 Sensor Posición 1S5 Sensor Posición 5 S6 Sensor Posición 6 T1 Temporizador 1 T2 Temporizador 2

El esquema de control está representado por medio del anterior grafcet, que consta de una etapa inicial donde el sistema evalúa las condiciones de modo manual, modo de espera y modo automático. En el modo automático el sistema se envía a un estado 0 en el cual se evalúan los eventos relacionados con el inicio del proceso, este de divide en 9 nueve ramas que buscan la detección de la posición de la paca para poder determinar cuál es el proceso a seguir dependiendo de dicha ubicación. A partir de este direccionamiento de entra en estados que actúan dependiendo de la ubicación. Modo manual.El sistema al ser seleccionado este modo evalúa las condiciones de los pulsadores PM1 y PM2 en búsqueda de cuál de ellos fue activado, para así poder determinar en rampa debe encender o apagar el respectivo motor. Una vez evaluada la condición de que no están activos los pulsadores PM1 y PM2 retorna al inicio para volver a evaluar su modo de funcionamiento.

Modo automático.El sistema entra en el estado 0, el cual evalúa la posición de la paca si esta se encuentra al inicio continua con el estado 4, este tiene como acción encender el motor 1 y evaluar si la paca se posiciona en la rampa 2, si esto no ocurre el sistema continua con el motor encendido hasta que las condiciones se cumplan para pasar al estado 5, el cual apaga el motor 1 y enciende el motor correspondiente a la rampa de rodillos 2, este estado continua hasta el momento en que la paca es posicionada en la zona de cobertura de la pesa diferencial, en este instante se entra al estado 6, el cual apaga el motor de esta rampa y espera

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60 segundos para que la paca pueda ser pesada, una vez completado este tiempo el sistema se direcciona al estado 1, el cual enciende de nuevo el motor de la rampa 2 para iniciar el proceso de entrega de la paca, de igual forma el motor mantiene encendido solo hasta que la paca pase por el sensor S4, si la paca está posicionada en este sensor quiere decir que esta próxima a salir de la rampa, por esto al cumplir la condición, el sistema evoluciona al estado 2 el cual temporiza 30 segundos para asegurar que la paca fue entregada y no se quedó en la rampa, una vez transcurrido el tiempo asignado al temporizador T2, el sistema pasa el estado 3 donde se borran los registros de los contadores y se detienen lo motores nuevamente por factores de seguridad. Una vez realizado esto el sistema regresa al estado inicial 0 para evaluar de nuevo la posición de la nueva paca. Cuadro 17. I/O del PLC Cantidad de Elementos

Función en el proceso Tipo Tipo de señal I/O

1 Detección de posición al inicio primera rampa

Sensor foto eléctrico

Digital transistor PNP o NPN

Entrada (I)

2 Detección de posición final primera rampa

Sensor foto eléctrico

Digital transistor PNP o NPN

Entrada (I)

3 Detección de posición inicial segunda rampa

Sensor foto eléctrico

Digital transistor PNP o NPN

Entrada (I)

4 Detección de posición final de posición segunda rampa

Sensor foto eléctrico

Digital transistor PNP o NPN

Entrada (I)

5 Detección de posición intermedia primera rampa

Sensor foto eléctrico

Digital transistor PNP o NPN

Entrada (I)

6 Detección de posición intermedia segunda rampa

Sensor foto eléctrico

Digital transistor PNP o NPN

Entrada (I)

1 Start Interruptor Digital VDC Entrada (I)

1 Stop Interruptor Digital VDC Entrada (I)

1 Modo Automático Interruptor Digital VDC Entrada (I)

1 Modo Manual Interruptor Digital VDC Entrada (I)

1 Modo Stand by Interruptor Digital VDC Entrada (I)

1 Encender y apagar M1 Relé Digital VDC Salida (O)

1 Encender y apagar M2 Relé Digital VDC Salida (O)

Totales Entradas Digitales

Total entradas Analógicas Total salida digitales

Total salidas analógicas

10 0 2 0

59

8.5. DISEÑO DE MANUFACTURA

Para la realización del proyecto se hicieron cotizaciones de los elementos necesarios por parte de dos proveedores externos a los utilizados comúnmente por EMPAQUES FLEXA S.A.S. de esta manera para el momento de la implementación se deja a consideración la utilización de estos proveedores a las personas encargadas de la aprobación del presupuesto en la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S. Los elementos al momento de la realización podrían estar disponibles en un tiempo de entrega de ocho días y sus precios incluyen impuestos y cualquier gasto que se presente para su entrega en las instalaciones de la empresa. A continuación se realizara una breve descripción de los elementos cotizados en los respectivos proveedores locales. Ver anexos 13 y 14. 8.5.1. Cadenas transportadoras. Para el diseño se encontraron 2 tipos de cadenas en el mercado actual con características aplicables al diseño, la primera cadena marca MAXTOP y de referencia: 60-1 con un paso de ¾” y la segunda de marca RENOLD de referencia: 119063 con un paso ¾”, se debe tener en cuenta en ambos casos que los valores no incluyen los aditamentos de sujeción, ni tampoco su instalación en estas. Cuadro 18. Costos de Cadenas

CANTIDAD MARCA VALOR UNITARIO X METRO VALOR TOTAL

15 MAXTOP 25.000 375.000 15 RENOLD 41.800 627.000

8.5.2 Aditamento de cadena. Los aditamentos necesarios para las cadenas son de tipo M1, ambos cumplen con las medidas estándar para cadenas de un paso de ¾” lo cual facilita el acople con cualquiera de las dos referencias de cadenas, para cumplir con los 1.2 metros de longitud que abarcaran los aditamentos a lo largo de la cadena, son necesarios 133.33 aproximando por exceso se tiene que deben adquirirse 134 aditamentos.

60

Cuadro 19. Costos aditamentos tipo M1

CANTIDAD PROVEEDOR VALOR UNITARIO VALOR TOTAL

134 1 8.700 1.165.800 134 2 9.300 1.246.200

8.5.3. Piñones. Los piñones que acompañaran en funcionamiento a las cadenas son de paso de ¾”, la única variación existente entre estos dos, es el proceso de terminado de su manufactura ya que uno es completamente sólido y el otro posee vaciados que no comprometen su resistencia estructural ni su funcionalidad. Se añaden los piñones necesarios para la tensión de la cadena a lo largo del trayecto.

Cuadro 20. Piñones

CANTIDAD MARCA REFERENCIA VALOR UNITARIO

VALOR TOTAL

8 INTERMEC 60B30 230.260 1.842.080 8 TIPO ANSI 60B13 140.800 1.126.400 4 INTERMEC PARA

TENSION 60B20 160.080 640.320

8.5.4. Motorreductor. Los Motorreductores asociados a este diseño fueron seleccionados teniendo en cuenta el torque necesario para generar el desplazamiento de la paca a lo largo de toda la rampa de rodillos y la velocidad de desplazamiento de estas, en este caso un torque de 956.48 Nm y una velocidad aproximada de 4.06cm/seg. Ver anexo 4. Cuadro 21. Motorreductores.

CANTIDAD PROVEEDOR REFERENCIA VALOR

UNITARIO VALOR TOTAL

2 1 SITI-ITALY

MU-90 3.132.000 6.246.000

2 2 MRV-055KW 4.060.000 8.120.000

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8.5.5. Estructura. La estructura del diseño está conformada por piezas existentes en el área de aprovechamiento como es el caso de las rampas las cuales serán modificadas para permitir el acople con el diseño concebido, consisten en 3 variaciones: el primero es el corte y reducción de tamaño de los rodillos existentes. El segundo paso consta de la modificación de las bases de los rodillos, en donde se realizara un trabajo metalmecánico que permita la inclusión de los nuevos elementos. Como último paso es el empotramiento de la estructura en el espacio designado.

En caso de se presentara la implementación del diseño el costo de este proceso metalmecánico, de manera externa tendría un valor de 1.500.000 incluido mano de obra, en este caso la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S. al poseer talleres internos de procesos de mecanizado podrá disminuir los costos finales.

8.5.6. Carcasa de protección. Para la elaboración de las carcasas de protección se diseñó con una lámina de acero de 4mm de espesor, contara con una forma rectangular y dos guías en la parte superior que permita el libre funcionamiento de las cadenas, con las dimensiones proporcionados en el diseño de detalle y de esta manera cubrir el área de funcionamiento del dispositivo. Este elemento tendrá un costo aproximado de 250.000 cada carcasa.

8.5.7. Guardas de seguridad. El valor para realizar las guardas de seguridad es de 200.000 cada una, este valor incluye los procesos de doblaje de tuberías, pintura de las mismas con el estándar de seguridad y la instalación si así lo requiriera el cliente en el área de aprovechamiento.

8.5.8. PLC. Controlador lógico programable de marca siemens con referencia: logo 230 de 8E/ 4S expandible por medio de módulos adicionales con un valor de 691.600 pesos. Debido a las necesidades en cuanto al número de entradas es preciso sumar a este un módulo de expansión Logo DM 8 230R con 4E/4S con un valor de 276.700 pesos. Ver anexos 7 y 8.

62

8.5.9. Sensores. De acuerdo a lo requerido por el diseño es necesaria la utilización 6 sensores de tipo through-beam del fabricante banner los cuales funcionan por recepción infrarroja, estos tiene un costo de 184.275 pesos cada uno incluyendo el 25% adicional por gastos de envío, por otra parte también es necesario la adquisición de un sensor de emergencia compuesto por interruptor y líneas de vida alrededor del dispositivo con valor de 316.575 pesos por el fabricante banner. Ver anexo 5.

8.5.9. Costos totales. Los costos totales para el diseño del proyecto son:

Cuadro 22. Costo total PROVEEDOR 1 PROVEEDOR 2

COSTOS DEL PROYECTO 15.634.725 17.497.627 SUBTOTAL 13.478.211 15.084.161 IVA 2.156.514 2.413.466 OTROS 20% 3.126.945 3.499.525 TOTAL DEL PROYECTO 18.761.670 20.997.152 Ver anexo 12.

8.6. DISEÑO PARA ENSAMBLAJE

A continuación se muestra una figura que contiene una vista en explosión por grupos de los elementos que componen el diseño permitiendo generar una concepción más detalladas de la distribución en el área de cada uno de los componentes, así como su alineación y ensamble. Ver anexo 11. Figura 24. Vista en explosión

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8.7. DISEÑO DE MANTENIMIENTO

Para la seguridad y vida útil del diseño se debe seguir el cuadro de mantenimiento relacionado en la tabla 21., de acuerdo a la periodicidad marcada y realizando el análisis de los sistemas para así tomar las medidas de corrección necesarias que contribuyan al correcto funcionamiento de los sistemas, cabe resaltar que el esquema de mantenimiento que exclusivo para el sistema diseñado debe tenerse en cuenta para la aplicación del TPM y metodologías complementarias para el mantenimiento usados en la planta de empaques. Cuadro 23. Manual de mantenimiento

SISTEMA MANTENIMIENTO A REALIZAR PERIODICIDAD ACCION

SISTEMA DE POCISIONAMIENTO Y TRANSPORTE

Revisar los rodamientos de los ejes verificando su correcto funcionamiento

Inspeccionar las cadenas y los respectivos aditamentos en búsqueda de fisuras, separaciones, des-alineamientos, desgaste de las articulaciones, rotura de agujeros de las placas, picaduras de los rodillos entre otros.

Verificar el estado de la rampa de rodillos, inspeccionando cada rodillo para determinar su correcto funcionamiento.

Inspeccionar el estado de los dientes de los piñones, la alineación y lubricación de los mismos.

Revisar el nivel de lubricante del motorreductor así como posibles fugas, además es necesaria la revisión de la alineación del conjunto, también es necesario escuchar con un estescopio mecánico los posibles ruidos de los rodamientos y engranes.

3 MESES

Dependiendo del

diagnóstico, reparar o remplazar cada pieza

encontrada en mal estado o que no está cumpliendo

con su función.

SISTEMA DE ALIMENTACION

Verificar los niveles de voltaje, el estado de las líneas de alimentación, así como la conductividad y buen estado de cada una de las conexiones del sistema.

6 MESES

SISTEMA DE

Revisar que se esté recibiendo correctamente cada una de las señales enviadas por los sensores del sistema y los actuadores que

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CONTROL

tengan realimentación al PLC. Calibrar la salida a cada actuador. Revisar que el PLC este

almacenando sin problema la información en sus registros.

Realizar back up de la estrategia de control.

Revisar el estado físico de cada uno de los sensores y actuadores que este sistema maneja, para garantizar que se están recibiendo y enviando todas las señales.

6 MESES

Cuadro 23 (continuación)

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9. CONCLUSIONES

Con el presente diseño se logra minimizar el impacto en los operarios, debido a la poca interacción que deben realizar en el transporte de la paca de reciclaje al momento de retirarla de la embaladora, ya que de este modo es posible realizar el proceso de una manera más eficiente y permitiendo así lograr el funcionamiento con solo un operario, además de aumentar el confort al momento de operarla. En el proceso de diseño se logró evidenciar que a partir de las estructuras existentes es posible generar mejoras en el mismo que permitan convertirlo en un sistema automatizado, además de extender las posibles soluciones y no restringir el proyecto con soluciones convencionales. Al momento en el que se adicione el sistema al proceso de embalado de materiales de reciclaje se percibirá las mejoras, permitiendo así un mejor desempeño en el área de aprovechamiento, tanto por los operarios como en la organización a la salida de la embaladora hidráulica, disminuyendo tiempos por retrasos o estancamientos y un mejor aprovechamiento del segundo operario en otros procesos del área. El diseño del sistema se hizo con base en el método de ingeniería concurrente, porque permite, optimizar la utilización de los recursos, reducir los costos y los tiempos del desarrollo del proyecto, y además integrar diferentes áreas de la empresa con aporte de ideas y participación activa en el desarrollo del proyecto, logrando así un enfoque más precisos de las necesidades y experiencias aportadas por las personas con mayor experiencia en el área. Los costos de la inversión en los cuales tendría que incurrir la empresa EMPAQUES FLEXA S.A.S deberán ser de 21.000.000 de pesos, estos costos permitirán la implementación del diseño, esto guiara a un avance tecnológico el área de aprovechamiento de material ya que cuenta con maquinaria de más de 20 años de uso, pero gracias a su buen diseño están vigentes y en operación actualmente.

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BIBLIOGRAFIA

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PÉREZ E. M., J. M. Acevedo, SILVA C. F. y . QUIROGA, J. A. Autómatas Programables y Sistemas De Automatización, Barcelona: Marcombo, 2009.acceso: 12 01 2013

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ZUBIA, I. L. «Autómatas programables Maser Grupo Tecnologico.[en línea][consultado febrero de 2013]Disponible en internet: http://www.grupo maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/index.htm.

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ANEXOS

Anexo A. QFD.

68

Anexo B. Conceptos Anteriores de diseño.

Primer concepto de diseño presentado en reunión de evaluación en la mesa de trabajo de EMPAQUES FLEXA S.A.S. descartado por dificultades con la talanquera y compleja utilización de las bandejas.

Cambio de bandeja jalada por el winche a carro con pistón, descartado por complejidad de la solución además de la implementación de un sistema neumático.

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Concepto de carro con púas, jalado por gancho winche, descartado por seguridad de los operarios, además del mantenimiento de las púas.

Modificación del carro para mejorar la seguridad del diseño al momento de entrar en contacto con la paca, concepto descartado por complejidad de las piezas en los espacios además de necesitar mucho torque en los servomotores para levantar la paca.

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Anexo C. MEMORIAS DE CÁLCULO

Calculo torque requerido por el motor para asegurar el desplazamiento de la paca

Datos clave: - El peso de paca 600kg u 800kg.

Consideraciones para el diseño.

- Para garantizar el diseño se tomó el peso de la paca más alto y se duplico debido a que puede presentase un

caso especial en el que existan 2 pacas sobre la rampa de rodillos.

El coeficiente de fricción que se tuvo en cuenta para el presente calculo, fuel el mayor de los elementos posibles de compactación es decir el aluminio: ∑

∑

Para determinar el torque es necesario tener en cuenta el diámetro del piñón de trasmisión (10cm)

71

Anexo D. Sistema Completo del diseño.

72

73

74

Anexo E. Cotización Sensores.

75

Anexo F. Interruptores de emergencia con cuerda.

76

Anexo G.Cotización PLC Logo.

77

Anexo H. Características PLC Logo.

78

Anexo I. Características sensores through-beam.

79

Anexo J. Estudio de esfuerzos piñón. INFORMACIÓN DE MODELO

Nombre del modelo: piñon motor Configuración actual: Metric - Spur gear 5M 47T 14.5PA 9.525FW ---S47N75H50L24R2

Sólidos

Nombre de documento y referencia

Tratado como

Propiedades volumétricas

Ruta al documento/Fecha de modificación

Cortar-Extruir3

Sólido

Masa:2.0804 kg Volumen:0.000264346 m^3 Densidad:7870 kg/m^3 Peso:20.388 N

C:\Users\JONATHAN\Dropbox\tesis toro (1)\Propuesta final Flexa Toro\piñon motor.SLDPRT Dec 12 20:05:22 2013

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Propiedades de material

Referencia de modelo Propiedades Componentes

Nombre: AISI 1020 Acero laminado en frío

Tipo de modelo: Isotrópico elástico lineal

Criterio de error predeterminado:

Tensión máxima de von Mises

Límite elástico: 3.5e+008 N/m^2 Límite de tracción:

4.2e+008 N/m^2

Módulo elástico: 2.05e+011 N/m^2 Coeficiente de Poisson:

0.29

Densidad: 7870 kg/m^3 Módulo cortante: 8e+010 N/m^2 Coeficiente de dilatación térmica:

1.17e-005 /Kelvin

Sólido 1(Cortar-Extruir3)(piñon motor)

Datos de curva:N/A

Cargas y sujeciones

Nombre de sujeción

Imagen de sujeción Detalles de sujeción

Fijo-1

Entidades: 8 cara(s) Tipo: Geometría fija

Fuerzas resultantes

Componentes X Y Z Resultante Fuerza de reacción(N) -0.693701 -11.2154 -11.5627 16.1233 Momento de reacción(N·m) 0 0 0 0

Nombre de carga

Cargar imagen Detalles de carga

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Torsión-1

Entidades: 1 cara(s) Referencia: Eje1 Tipo: Aplicar

momento torsor

Valor: 600 N·m

Resultados del estudio

Nombre Tipo Mín. Máx.

Tensiones1 VON: Tensión de von Mises

823.339 N/m^2 Nodo: 845

1.41787e+008 N/m^2 Nodo: 25008

piñon motor-Estudio 2-Tensiones-Tensiones1

Nombre Tipo Mín. Máx.

Desplazamientos1 URES: Desplazamiento resultante

0 mm Nodo: 459

0.0599253 mm Nodo: 1769

82

Nombre Tipo Mín. Máx.

piñon motor-Estudio 2-Desplazamientos-Desplazamientos1

Nombre Tipo Mín. Máx.

Deformaciones unitarias1

ESTRN: Deformación unitaria equivalente

1.02894e-008 Elemento: 3631

0.000575261 Elemento: 103

piñon motor-Estudio 2-Deformaciones unitarias-Deformaciones unitarias1

Nombre Tipo

Desplazamientos1{1} Forma deformada

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Nombre Tipo

piñon motor-Estudio 2-Desplazamientos-Desplazamientos1{1}

Nombre Tipo Mín. Máx.

Factor de seguridad1

Automático 2.4685 Nodo: 25008

425098 Nodo: 845

piñon motor-Estudio 2-Factor de seguridad-Factor de seguridad1

Nombre Tipo

Comprobación de fatiga1

Trazado de comprobación de fatiga

84

Nombre Tipo

piñon motor-Estudio 2-Comprobación de fatiga-Comprobación de fatiga1

85

Anexo K. Vista en explosión.

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Anexo L. Cotización total.

cantidad item proovedor 1

proveedor 2

30 metros Cadena 750.000 1.254.000 134 unidades

attachment 1.165.800 1.246.200

8 unidades piñones M60 1.842.080 1.246.400 4 unidades piñones soporte 640.320 640.320 2 unidades motorreductores 6.246.000 8.120.000 1 Modificacion

Extructura y rodillos

1.500.000 1.500.000

2 unidades Carcaza de protección

500.000 500.000

3 unidades Guardas de seguridad

600.000 600.000

1 undidad interruptor para de emergencia con cuerda

316.575 316.757

sensor throgh beam 1.105.650 1.105.650 plc siemens logo

230RC 691.600 691.600

modulo de expansion

DM 8 230R 276.700 276.700

Costos del proyecto

15.634.725 17.497.627

Subtotal 13.478.211 15.084.161 IVA 2.156.514 2.413.466 Otros 20% 3.126.945 3.499.525 Total del proyecto

18.761.670 20.997.152

87

Anexo M. Cotización Proveedor 1.

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Anexo N. Cotización Proveedor 2.