balance de lineas

USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I BALANCE DE LINEAS

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1

Balance de Líneas de Producción

PS 4161 Gestión de la Producción I


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2

Contenido

Equilibrado de la línea de producción

Línea de fabricación

Línea de ensamblaje


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3

Objetivos de aprendizaje

Cuando haya completado este capítulo, debeser capaz de:

Describir o explicar:

Cómo equilibrar el flujo de producción en una instalación repetitiva u orientada al producto


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4

Balance de líneas de producción

El problema de balance de líneas de producción consiste en distribuir físicamente las tareas o procesos individuales entre estaciones o celdas de trabajo, con el objetivo (idealmente) de que cada estación de trabajo nunca esté ociosa.

Se genera en organizaciones orientadas al producto.

Dispuesta para fabricar un producto específico.


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5

Problema de balance de líneas de producción

Asignar tareas individuales a estaciones de trabajo tal que se optimice una cierta medida de desempeño definida para tal fin.

Existe un balance perfecto en una línea de producción, cuando todas sus estaciones de trabajo tienen la misma cantidad de labor y el producto fluye sin retrasos.


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6

Objetivos

Su objetivo es minimizar el desbalance en la línea de fabricación o ensamblaje:

Balancear la salida de cada estación de trabajo

Reducir los desequilibrios entre máquinas o personal, al tiempo que se obtiene la producción deseada de la línea.


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7

Objetivos

Crear un flujo suave y continuo sobre la línea de producción.

Mínimo de tiempo ocioso entre cada estación.

Maximizar la eficacia.

Minimizar el número de las estaciones de trabajo.


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8

Ejemplo de balance de líneas

Una industria desea estructurar una línea de ensamblaje para producir un determinado producto, requeriendo para ello, la realización de 10 tareas.

Tarea Tiempo (segs) Tarea Predecesora1 40 2,3 2 30 4,5 3 50 6,7 4 36 8 5 20 8 6 25 97 19 98 10 109 14 10 10 30 -


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9

Ejemplo

Tareas y su precedenciaTareas u Operaciones


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10

Ejemplo

Distribución posible Estaciones de Trabajo


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11

Ejemplo

Distribución posible

120 segs.

88 segs.

66 segs.


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12

Ejemplo

Las estaciones de trabajoTrabajan en paraleloAl mismo tiempo se efectúan tareas en cada estación de trabajo

La idea es que las estaciones de trabajo se pasen el producto en proceso “in step”

todas a la vezen el mismo momento


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13

Ejemplo

WS1 le pasa a WS2WS2 le pasa a WS3WS3 le pasa a la próxima etapa en el proceso

WS1 WS2 WS3120 segs. 88 segs.66 segs.

Ninguna estación de trabajo puede pasar el producto hasta que la siguiente halla terminado su proceso (esté libre) (estrategia just-in time)


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14

Ejemplo

En la solución planteada, la línea de ensamblaje termina un producto cada 120 segs.

El sistema progresa a la velocidad de la estación de trabajo más lenta.


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15

Ejemplo

Distribución con 6 estaciones de trabajo a fin de tener al menos un producto cada 60 segs.

40 segs.

50 segs.

55 segs. 55 segs.44 segs.

30 segs.


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16

Problema de balance de líneas de producción

Asignación de n procesos a k estaciones de trabajo, minimizando el tiempo muerto (ocioso) sujeto a restricciones de precedencia y tecnológicas.

Se requiere asignar los n procesos o tareas necesarias para la elaboración de un cierto producto en k estaciones de trabajo. k = número de estaciones de trabajon = número de procesos y tareas

nk ≤


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17

El tiempo de ciclo

El tiempo de ciclo, c, es el tiempo que permanece cada pieza o producto en proceso en cada estación.

Tiempo de producción disponible por turno (d)c = -----------------------------------------------------------------------------------

Demanda por turno o Tasa de producción por turno oVolumen de producción deseado por turno (V)

Es el tiempo que marca la velocidad de procesamiento del producto.Cada vez que se cumple el tiempo de ciclo, cada estación debe pasar el producto en proceso a la siguiente estación.


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18

El tiempo de ciclo

Ejemplo:Se desean producir 1.000 unidades por turno de trabajo

V = 1000 unidades/turnocon una disponibilidad de 480 minutos por turno

d = 480 minutos/turnoEl ciclo de la línea será

c = d / V = 480 minutos/turno / 1000 unidades/turnoc = 0,48 minutos/unidades


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19

Tiempo de ciclo

c= Tiempo/unidad de producto.Es un dato dado previamente.No tiene sentido establecer una distribución de estaciones para producir, por ejemplo:

90 unidades cada hora (c=3600/90 = 40 segs/unidad)

si sólo requerimos45 unidades por hora

(c=3600/45 = 80 segs/unidad)


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20

El tiempo muerto

El tiempo muerto, TM, es la medida de desempeño utilizada en un problema de balance de líneas de producción.

∑=

−=n

iitkcTM

1

it

∑=

=n

iit tT

1

es el tiempo estándar de elaboración del proceso o tarea i , determinado por las técnicas de medición del trabajo

i = 1,2,...,n

es el tiempo estándar total de trabajo para terminar una unidad del producto, si

-cada tarea o proceso se realiza secuencialmente-sin tiempos de espera entre las tareas


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21

Ejemplo

En el ejemplo anterior:Tiempo de ciclo deseado Suponga d = 3600 segundos/hora

V = 60 unidades/horac = 3600 segs/hr / 60 unid/hr = 3600/60 = 60 segs./unidadNo. de estaciones de trabajo k = 6 estacioneskc=60x6=360 sgs.

∑=

=n

iit tT

1= 40 +50 + 55 + 55 +44 +30 = 274 segs.

∑=

−=n

iitkcTM

1

TM = 6x60 -274 = 360 - 274 = 86 segs.


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22

Medidas de eficiencia

Eficacia (Eficiencia) del ciclo = / kc x 100

Es el porcentaje real de utilización de la mano de obra empleada en la línea. También se llama “Tasa de Utilización” (“Utilization Rate”)

EC = 274 / 360 x 100 = 76,11% Idealmente debe ser 100%

Retraso del balance = TM / kc x 100 = 1 - ECEs el porcentaje de la mano de obra ociosa

RB = 86 / 360 x 100 = 23,89% Idealmente debe ser 0%

∑=

n

iit

1


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23

Minimización del tiempo muerto

Minimizar TM es equivalente a minimizar k

Si TM = 0, entonces, el número de estaciones teórico es

Para tener un retraso mínimoc

tk

n

ii

t

∑== 1

∑=

−=n

iitkcTM

1


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24

Métodos de resolución

Métodos exactosProgramación dinámicaProgramación enteraTeoría de redes

Métodos heurísticos

Presentan problemasen cuanto al tamaño del problema a resolver

Ayudan a dar una respuesta adecuada a problemas de mayor dimensión


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25

Proceso normal de un equilibradode la línea de ensamblaje

Calcular el tiempo de ciclo requerido dividiendo el tiempoproductivo o disponible diario o por turno (d) entre lasunidades de demanda diaria o por turno (o tasa de producción) (V).

Calcular el número mínimo teórico de estaciones de trabajo. Esto es, la duración total de las tareas dividida porel tiempo de ciclo.

Equilibrar la línea, asignando tareas de montajeespecíficas a cada estación de trabajo.

Vdc =

c

t

cTk

n

ii

tt

∑=== 1

min


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26

Pasos del equilibrado de la línea de ensamblaje

1. Identificar una lista maestra de tareas u operaciones.2. Estimar la secuencia, considerando las restricciones:

1. De secuencia de realización de las operaciones.2. Tecnológicas, en cuanto a qué operaciones deben realizarse en

la misma estación o por el contrario, no pueden realizarse en la misma estación.

3. Operarios: Nro. de trabajadores requeridos por operación (Oi)3. Dibujar el diagrama de precedencia.4. Calcular los tiempos de las tareas.5. Calcular el tiempo del ciclo. 6. Calcular el número de estaciones de trabajo.7. Asignar las tareas.8. Calcular la eficacia u eficiencia.9. Estimar el retraso en el balance (inactividad).


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27

Operarios

En cuanto al Número de Operarios, Trabajadores u Obreros

Conviene que todas las operaciones de una misma estación tengan asignado el mismo número de obreros.Si no es así, se presentarán problemas de inactividad.

Supondremos, que el número de trabajadores en cada puesto de cada estación de trabajo Oi es el mismo para cada operación.


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28

Casos de Problemas

Ciclo es mayor que los tiempos estándar

Ciclo es menor que los tiempos estándar

Problemas Mixtos

itc >

itc <

División del Trabajo

Concentración del Trabajo

División del Trabajo

Concentración del Trabajo


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29

Ciclo es mayor que los tiempos estándar

Con división del TrabajoSupone una operación por cada estación

40 segs

30 segs

36 segs

25 segs

50 segs

20 segs

10 segs

30 segs

14 segs

19 segs

.274 segstTi

it == ∑


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30

Ciclo mayor que los tiempos estándary división del trabajo

%67,45600274

6010274

====xkc

TE t

40 segs

30 segs36 segs

25 segs

50 segs

20 segs

10 segs

30 segs

14 segs

19 segs

.274 segstTi

it == ∑Si k = 10 y c = 60 segs/unid.

%33,54%67,45%100 =−=RB

Medidas de Eficiencia


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31

Ciclo mayor que los tiempos estándary división del trabajo

40 segs

30 segs36 segs

25 segs

50 segs

20 segs

10 segs

30 segs

14 segs

19 segs

E = 45,67% y RB = 54,33%


Resulta en extremoANTIECONOMICO

Concentración Mínima del Trabajo

Buscar combinaciones deoperaciones cuyos ti sumen

c o menos


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32

Combinación de operaciones cuyos tisumen c o menos

Distribución con 6 estaciones de trabajo a fin de tener al menos un producto cada 60 segs.

274==∑i

it tT

40 segs.

50 segs.

55 segs.55 segs.

44 segs.

30 segs. Si k = 6 y c = 60

%11,76606

274===

xkcTE t

%89,23=RB


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33

Heurísticas de distribución física que pueden utilizarse para asignartareas en un equilibrado de línea de ensamblaje

Tiempo de tarea más largo. Elegir la tarea que tengael tiempo más largo.Más tareas siguientes. Elegir la tarea que tenga mástareas siguientes.Mayor peso en secuencia. Elegir la tarea que, sumando los tiempos de las tareas siguientes, tengamayor peso.Tiempo de tarea más corto. Elegir la tarea que tengael tiempo más corto.Menor número de tareas siguientes. Elegir la tareaque tenga el menor número de tareas siguientes.


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34

Ejemplo: relaciones de precedencia

Considere nueve tareas cuya relación de precedencia se ilustra en la figura y se cuantifica en la tabla siguiente:

| 3 | | || | | |

1 | 4 | 5 | 7 | 8| | | |

2 | | 6 | | 9| | | || | | |

I | II | III | IV | V| | | |


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35

Tiempo de procesamiento

Tarea Tiempo de procesamiento ( )1 52 33 64 85 106 77 18 59 3

it

)(maxit←

489

1=∑

=iit


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36

Valores máximos y mínimos para c

El ciclo c se calcula empíricamente, su valor oscila entre una cota inferior y una cota superior.

∑=

=≤≤=9

1)( 4810

iimaxi tct

c

tk i

i∑==

9

1

El número de estaciones de trabajo, debe ser un número entero.


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37

Se estiman alternativas de valor de c

c puede tomar cuatro valores diferentes de modo que la relación resulte un número entero

3248 49

1×==∑

=iit

483241 =×=c

243232 =×=c

123223 =×=c

16244 ==c

14848

1

9

11 ===∑=

c

tk i

i

22448

2

9

12 ===∑=

c

tk i

i

41248

3

9

13 ===∑=

c

tk i

i

31648

4

9

14 ===∑=

c

tk i

i

estacionesde trabajo


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38

Se selecciona el valor de c y con ese valor se construye la siguiente tabla

Seleccionando c=16

it)( parcialt

ii∑ )(acumuladot

ii∑Orden de

precedenciaTarea

I 1 5

2 3 8 8

II 3 6

4 8 14 22

III 5 10

6 7 17 39

IV 7 1 1 40

V 8 5

9 3 8 48


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39

Se asignan tareas a las estaciones de trabajo

Se asignan trabajos a la estación 1 hasta encontrar en la columna que corresponde a la primera fila mayor o igual a c = 16 (ocurre en la cuarta fila con un valor de 22 e incluye las relaciones de precedencia I y II).Se asignan los procesos del grupo I (que requieren 8 unidades de tiempo) a la estación 1, lo que reduce el valor de .Se busca en el grupo II si cualquier combinación de procesos proporciona 8 unidades de tiempo. Esto ocurre con el proceso 4. Se asigna el proceso 4 a la estación 1.Ahora el valor de c es nulo para la estación 1. No se deben asignar más procesos a esta estación.

)(acumuladoti

i∑

8816 =−=c


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40

Asignación de tareas a la estación 1Seleccionando c=16

it )( parcialti

i∑ .)(acumti

i∑Estación k Orden de precedencia

Tarea

I 1 5

1 2 3 8 8

II 4 8 8 16

II 3 6 6 22

sin III 5 10

asignación 6 7 17 39

IV 7 1 1 40

V 8 5

9 3 8 48


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41

Se sigue el mismo procedimiento para el resto de las estaciones

De manera análoga, para la estación 2 se utiliza un ciclo c= 16 unidades. Al revisar la tabla, concluimos que el proceso 3 debe asignarse a la estación 2.El ciclo se reduce a . Buscando en el grupo III, se concluye que el proceso 5 se puede asignar a la estación 2.c = 0. No se asignan más procesos a la estación 2.

Repitiendo el mismo procedimiento, se obtiene que la estación 3 estará integrada por los procesos 6,7,8 y 9.

E = 48/(3x16) = 100%


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42

Estaciones de trabajo para c=16

Asignación de 3 estaciones de trabajo

| 3 | | || | | |

1 | 4 | 5 | 7 | 8| | | |

2 | | 6 | | 9| | | || | | |

I | II | III | IV | V| | | |

Estación 1 Estación 2 Estación 3


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43

Ciclo mayor que los tiempos estándary concentración del trabajo

%33,91300274

606274

====xkc

TE t

40 segs

30 segs36 segs

25 segs

50 segs

20 segs

10 segs

30 segs

14 segs

19 segs

.274 segstTi

it == ∑Si c = 60 segs/unid.

%67,8%33,91%100 =−=RB


Con concentración máxima del trabajoTodas las operaciones se asignan a una sola estación

Se requieren varios puestos de trabajo:

Se tendría una sola estación con5 puestos de trabajo, cada unorealizaría las 10 operaciones.

puestosc

tp i

i

i 556,460274

====∑


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44

Ciclo mayor que los tiempos estándary concentración del trabajo

Con concentración máxima del trabajoTodas las operaciones se asignan a una sola estación

En la teoría, la concentración máxima es superior.En la práctica, no es posible, por cuanto:

Resulta antieconómica si cada operación requiriera un número diferente de trabajadores para su realización.Por restricciones tecnológicas, algunas operaciones no se pueden realizar en el mismo lugar de las demás.Conduce a una duplicidad innecesaria de equipos, cuando las operaciones no son todas manuales.La variedad excesiva del trabajo puede reducir la productividad de la mano de obra.


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45

Ciclo menor que los tiempos estándar

La secuencia de realización de las operaciones no interfiere en la solución del problema.Se deben tener en cuenta las restricciones tecnológicas.

itc <


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46

Requerimientos de producción

Ciclo menor que los tiempos estándary división del trabajo

1

53

2

8

4 7

60,82

1,68

1,10 2,69

0,670,86

1,87

0,80

6

4

V = 1000 unidades/turnod = 480 minutos/turno

El ciclo de la línea serác = d / V = 480 / 1000 unid/turnoc = 0,48 minutos/unidades


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47


Cálculos1. Puestos de trabajo por

operación

2. Tiempo Asignado por operación

3. Eficiencia de la línea

ctp i

iteorico=

)(teóricoreal ii priorEnteroSupep =

cptreali ia =

∑∑

=

iia

iii

ot

otE

i


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48


Cálculos4. Ciclo individual por tarea

5. Ciclo mínimo

6. Volumen máximo de producción por turno

reali

ii p

tc =

{ }icoCicloMínimc max' ==

{ }icdimoVolumenMáxV

max' ==


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49


CálculosEficiencia del Ciclo Mínimo

7. Tiempos asignados del ciclo mínimo

8. Eficiencia

'' cptreali ia =

( )

∑∑

=

iia

iii

ot

otE

i)'(

'


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50


Operación Precedencia ti Oi piteórico pireal tai ci t´ai

1 - 0.82 1 1.71 2 0.96 0.410 0.94

2 1 1.10 1 2.29 3 1.44 0.367 1.40

3 1 1.68 1 3.50 4 1.92 0.420 1.87

4 2 2.69 2 5.60 6 2.88 0.448 2.81

5 3 0.67 1 1.40 2 0.96 0.335 0.94

6 4, 5 0.86 2 1.79 2 0.96 0.430 0.94

7 6 1.87 1 3.90 4 1.92 0.468 1.87

8 6 0.80 1 1.67 2 0.96 0.400 0.94

Total 10.49 10 21.85 25 12.00 - 11.69


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51


E = 14,04/15,84 = 88,64%RB = 11,36%

E’ = 14,04/15,4275 = 91,01%RB’ = 8,99%

ti x Oi tai x Oi t'ai x Oi

1 0.82 0.96 0.935

2 1.1 1.44 1.4025

3 1.68 1.92 1.87

4 5.38 5.76 5.61

5 0.67 0.96 0.935

6 1.72 1.92 1.87

7 1.87 1.92 1.87

8 0.8 0.96 0.935

Total 14.04 15.84 15.4275


_____________________________

52


Añadimos restricciones tecnológicas

Las operaciones 1, 2 y 3 se unen en la misma estación.Igual con las operaciones 4 y 6.

Las operaciones 1, 2 y 3 se unen en una sola operación.Igual con las operaciones 4 y 6.

CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO


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53

Ciclo menor que los tiempos estándary concentración del trabajo

Operación Estación ti Oi piteórico pireal tai ci t´ai

1, 2, 3 I 3.60 1 7.50 8 3.84 0.450 3.74

5 II 0.67 1 1.40 2 0.96 0.335 0.94

4, 6 III 3.55 2 7.40 8 3.84 0.444 3.74

7 IV 1.87 1 3.90 4 1.92 0.468 1.87

8 V 0.80 1 1.67 2 0.96 0.400 0.94

Total 10.49 6 21.85 24 11.52 - 11.22


_____________________________

54

Ciclo menor que los tiempos estándary concentración del trabajo


1 3.6 3.84 3.74

5 0.67 0.96 0.935

6 7.1 7.68 7.48

7 1.87 1.92 1.87

8 0.8 0.96 0.935

Total 14.04 15.36 14.96

E = 14,04/15,36 = 91,41%RB = 8,59%

E’ = 14,04/14,96 = 93,85%RB’ = 6,15%


_____________________________

55

Problemas Mixtos

Resolver el siguiente problema:

Operación Precedencia ti Oi

1 - 0.25 12 1 0.12 13 1 0.15 14 2 0.08 15 2 0.07 16 5, 7 0.08 17 3 0.20 18 7 0.19 19 4, 6, 8 0.18 110 9 0.80 2

Total 2.12 -

Por restricciones tecnológicas, las siguientes operaciones deben realizarse en la misma estación:

1, 2, 53, 6, 74, 8, 9

Suponga un c = 0,45


_____________________________

56

Problemas Mixtos

Operación Estación ti Oi

piteóric

o pireal tai ci t´ai

1, 2, 5 I 0.44 1 0.98 1 0.45 0.440 0.45

3, 6, 7 II 0.43 1 0.96 1 0.45 0.430 0.45

4, 8, 9 III 0.45 1 1.00 1 0.45 0.450 0.45

10 IV 0.80 2 1.78 2 0.90 0.400 0.90

Total 2.12 5 4.71 5 2.25 - 2.25


_____________________________

57

Problemas Mixtos


1 0.44 0.45 0.45

5 0.43 0.45 0.45

6 0.45 0.45 0.45

7 1.6 1.8 1.8

Total 2.92 3.15 3.15

E = E’ = 2,92/3,25 = 92,70%RB = RB’ = 7,30%

balance de lineas

Design