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DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES


DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES.

DIANA KATHERIN PARRA BRICEÑO SANDRA MILENA CARDOZO PACHÓN

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA MECATRÓNICA

BOGOTÁ, D. C. 2007


DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES.

DIANA KATHERIN PARRA BRICEÑO SANDRA MILENA CARDOZO PACHÓN

Trabajo de Grado Presentado para Optar al Título de: INGENIERA MECATRÓNICA

Ing. CARLOS GONZÁLEZ Director Trabajo de Grado.

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA MECATRÓNICA

BOGOTA, D. C. 2007


III

Nota de Aceptación .

______________________________________

______________________________________

______________________________________

______________________________________ Presidente del Jurado .

______________________________________ Jurado .

______________________________________ Jurado .

Bogotá, D. C., 22 de Noviembre de 2007


IV

Primeramente a Dios, por haberme dado las fuerzas para siempre luchar hasta

el final con éxito.

A mis papas, por los esfuerzos y sacrificios recibidos de ellos así como por su

apoyo.

A mi hermana Ivonne que es el pilar de mi vida además de ser mi ejemplo a

seguir.

A mi familia en especial a mi abuela y a Juliana también a todas las personas

que me apoyaron.

Sandra Milena Cardozo P.

A mi mami y a Baudi por su amor, paciencia y confianza, a mi abuelita por su

comprensión y apoyo a mis hermanos por su compañía en este proceso, a mi

primos Alex y Lucas por su ayuda y por ser ejemplos a seguir, a Julianita por

traer tanta alegría a nuestros corazones, a mis tíos Hugo y German por ser

personas tan incondicionales y a mi tía Nubia por su dedicación y por creer en

mi.

Katherin Parra Briceño


V

AGRADECIMIENTOS

Las investigadoras agradecen la valiosa colaboración del doctor Germán

Medina de KIMBERLY COLPAPEL S.A.

Al Ingeniero CARLOS GONZÁLEZ director de la monografía, gracias a su

excelente orientación, tutoría y guía, al Ingeniero Jorge López por su

incondicional apoyo, y a Leonardo Rodríguez por su valiosísima asesoría, se

cumplieron los objetivos propuestos y se generó una propuesta acorde a las

necesidades existentes en la empresa KIMBERLY COLPAPEL S.A.

A la Universidad San Buenaventura, Facultad de Ingeniería, Carrera de

Ingeniería Mecatrónica, por su excelente programa formativo, que permite la

mejora de las habilidades y competencias profesionales de sus egresados.

A nuestros padres, hermanos, amigos, compañeros, familiares y demás,

motores de nuestra superación profesional y desarrollo futuro.

A todos, gracias por su incondicional apoyo!!!


VI

CONTENIDO

Pag

INTRODUCCIÓN 21

1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN. 231.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 231.1.1 Antecedentes. 231.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 231.2.1. Identificación. 231.2.2. Pregunta de investigación. 231.3 JUSTIFICACIÓN. 241.4 OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN. 251.4.1. Objetivo general. 251.4.2. Objetivos específicos. 251.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN. 261.5.1. Alcance. 261.5.2. Limitaciones. 26

2. MARCO DE REFERENCIA. 272.1 MARCO TEÓRICO. 272.1.1. Actuadores. 272.1.1.1 Actuadores hidráulicos. 272.1.1.2 Actuadores neumáticos. 272.1.1.3 Actuadores eléctricos. 282.1.2 Sensores. 282.1.2.1 Sensores inductivos. 282.1.2.2 Sensores capacitivos. 282.1.2.3 Sensores ópticos. 292.1.3 Materiales. 292.1.3.1 Acero inoxidable. 292.1.3.1.1 Aceros inoxidables ferríticos. 292.1.3.1.2 Aceros inoxidables martenciticos. 292.1.3.1.3 Aceros inoxidables austeníticos. 292.1.3.2 Aluminio. 302.1.3.3 Polipropileno. 302.1.3.3.1 Duraflex 75 D. 312.1.3.3.2 Ultrapol. 31


VII

2.1.4 Sistemas corredizos. 322.1.4.1 Sistemas corredizos de ruedas. 322.1.4.2 Rodamientos y transmisión con guía en 'V'. 322.1.4.3 Sistema corredizo de guiado lineal. 332.1.4.3.1 Unidad de rodadura lineal a bolas. 332.1.4.3.2 Rodillo de levas. 342.1.4.4 Sin fin corona 35

3. METODOLOGIA 363.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN. 363.2 LÍNEA DE 36 DE LA FACULTAD/CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA. 363.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN. 363.4 POBLACIÓN OBJETIVO. 373.5 HIPÓTESIS. 373.6 VARIABLES. 383.6.1 Variables Independientes. 383.6.2 Variables Dependientes. 38

4 SELECCIÓN DEL SISTEMA Y LOS ELEMENTOS 394.1 OPCIONES PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA 394.1.1 Rueda con divisiones. 394.1.2 Rueda vertical con 4 compartimientos. 404.1.3 Eje con 4 paletas. 404.1.4 Compartimiento único comprimible 414.2 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA 424.2.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones del 43 sistema 4.3 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS ACTUADORES 434.3.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de 44 los actuadores 4.4 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS SENSORES 454.4.1 Sensores de posicionamiento para el cilindro A, B y C 454.4.1.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de 45 los sensores. 4.4. Sensor para el conteo de pañales 464.4.2.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los 46 sensores para el conteo de pañales. 4.5 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS MATERIALES. 474.5.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los 47 materiales. 4.6 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA CORREDIZO 48


VIII

4.6.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones del 49 sistema corredizo

5 SISTEMA SELECCIONADO 505.1 PASOS DEL PROCESO 51

6 RECOPILACIÓN DE DATOS 566.1 PRUEBAS REALIZADAS A LOS PAÑALES. 586.1.1 Resultado de las pruebas realizadas 61

7 ELEMENTOS SELECCIONADOS 637.1 ACTUADORES. 637.1.1 Actuadores con Amortiguación Interna. 637.2 ELECCIÓN DE LOS ACTUADORES 647.2.1 Elección del actuador A 647.2.1.1 Selección y simulación del sistema 647.2.2 Elección del actuador B 687.2.2.1 Selección y simulación del sistema 697.2.2.1 Actuador A y B 727.2.3 Elección del actuador C 777.2.3 Actuador C 817.3 SENSORES 867.3.1 Sensor inductivo SME-8-K-LED-24. 867.3.2 Sensor optoelectronico SOEG-RSP-M12-PS-K-2L. 877.4 SISTEMA CORREDIZO 897.4.1 Rodillos Guía-Perfilados LFR5…-KDD. 897.4.2 Carros LFL20..-SF. 907.4.3 Carriles-Soporte LFS20..-CE. 927.4.4 LFZ - Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFR. 957.5 PLC FEC-FC600-FST 967.6 PANTALLA Y TECLADO FED-50. 99

8 ACCESORIOS 1038.1 TUBO FLEXIBLE DE MATERIAL SINTÉTICO PUN-6X1-BL. 1038.2 ELECTROVÁLVULA 30485 - MFH-5/3B-1/8-B. 1048.2.1 Bobina MSFG-24DC/42AC-DS 1068.3 SILENCIADORES 2307 - U-1/8. 1068.4 RACOR RÁPIDO ROSCADO 153004 - QS-1/8-8. 1078.5 VÁLVULA DE ESTRANGULACIÓN Y ANTIRRETORNO GRLA- 108 1/8-QS-6-RS-B. 8.6 Fuente de poder 109


IX

9 DISEÑO INGENIERIL 1119.1 PROGRAMACIÓN 1119.1.1 Programa Unidad de control FED50. 1119.1.2 Programa PLC. 1159.2 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA MECÁNICA DE LA MÁQUINA 1189.2.1 Cálculos estáticos. 1189.2.2 Selección del perfil. 1209.2.3 Selección de la columna 1229.3 ANÁLISIS DE ESFUERZOS. 1249.3.1 Simulación del máximo esfuerzo 124

10 COTIZACIÓN FINAL 13310.1 ALTERNATIVAS DE ELEMENTOS UTILIZADOS PARA EL 134 DISEÑO DEL PROYECTO DESCARTADOS POR COSTOS.

CONCLUSIÓN 135

BIBLIOGRAFÍA 137

ANEXOS ANEXO A - RODILLOS-GUÍA LFR50/5-KDD-4. 139ANEXO B. DESCRIPCIÓN DE ALTERNATIVAS DE ELEMENTOS 145UTILIZADOS PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO DESCARTADOS POR COSTOS.


X

ÍNDICE DE DIAGRAMAS.

Pág.

Diagrama 1. Diagrama velocidad/tiempo. 65Diagrama 2. Diagrama aceleración/tiempo. 66Diagrama 1. Diagrama velocidad/tiempo. 67Diagrama 2. Diagrama aceleración/tiempo. 68Diagrama 3. Diagrama velocidad/tiempo. 69Diagrama 4. Diagrama aceleración/tiempo. 70Diagrama 5. Diagrama velocidad/tiempo. 71Diagrama 6. Diagrama aceleración/tiempo 72Diagrama 7. Descripción del código del producto 74Diagrama 8. Descripción del código del producto 82


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ÍNDICE DE FIGURAS.

Pág.

Figura 1. Rodamiento en V con Guía en V 33Figura 2. Rodillos de Leva. 35Figura 3. Sin Fin Corona con Cremallera. 35Figura 4. Rueda con Divisiones. 39Figura 5. Rueda vertical con Cuatro Compartimientos. 40Figura 6. Eje con Paletas. 41Figura 7. Diseño preliminar del sistema escogido. 50Figura 8. Actuador A. 52Figura 9. Actuador B. 52Figura 10. Actuador C. 52Figura 11. Medidas de la Bolsa para 30 Pañales. 56Figura 12. Actuador con Amortiguación Interna 63Figura 13. Simbología de actuador doble efecto. 64Figura 14. Actuador DNC-32--PPV-A 72Figura 15. Fuerza transversal Fq en función de la carrera l. 74Figura 16. Vista en sección del Actuador. 75Figura 17. Dimensiones del actuador. 76Figura 18. Simbología de un actuador lineal 77Figura 19. Entrada de las cargas. 78Figura 20. Vista frontal 78Figura 21. Vistas superior y lateral. 79Figura 22. Carga estática. 79Figura 23. Carga dinámica. 80Figura 24. Carga estática + dinámica. 80Figura 25. Velocidad v máxima del émbolo en función de la carga útil

diámetro del émbolo de 8/12 con amortiguación P. 82

Figura 26. Vista en sección. 83Figura 27. Dimensiones ∅ 12. 83Figura 28. Tubo perfilado. 85Figura 29. Sensor inductivo SME-8-K-LED-24 y simbología. 86Figura 30. SOEG-RSP-M12-PS-K-2L. 87Figura 31. Rodillos Guía-Perfilados. 89Figura 32. Carros LFL20..-SF. 90Figura 33. Carros LFL20..-SF. 91Figura 34. Carros LFL20..-SF. 91Figura 35. Carriles-Soporte LFS20.-CE. 92


XII

Figura 36. Carriles-soporte LFS20.-CE. 93Figura 37. Carriles-soporte LFS20..-CE 93Figura 38. Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFZ5. 95Figura 39. Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFR. 95Figura 40. Unidad de control FEC-FC600-FST. 96Figura 41. Indicaciones y elementos de mando. 101Figura 42. Elementos Internos. 102Figura 43. Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B. 104Figura 44. Simbología de la Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B. 104Figura 45. Dimensiones. 107Figura 46. Válvula estranguladora GRLA-1/8-QS-6-RS-B y

simbología 108

Figura 47. Pantalla y Teclado 110Figura 48. Pantalla Inicial FED Designer. 111Figura 49. Pantalla 1 FED Designer. 111Figura 50. Pantalla 2 FED Designer 112Figura 51. Pantalla 3 FED Designer. 112Figura 52. Pantalla 4 FED Designer 113Figura 53. Pantalla 5 FED Designer. 113Figura 54. Pantalla 6. 114Figura 55. Máxima deformación en la bandeja. Figura 56. Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en la

bandeja. Figura 57. Máxima deformación del techo Figura 58. Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en el techo. Figura 59. Máxima deformación en la pared frontal móvil. Figura 60. Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en la pared

frontal móvil. Figura 61. Máxima deformación en los carriles pequeños Figura 62. Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en los

carriles pequeños. Figura 63. Máxima deformación en el carril mediano Figura 64. Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en el carril

mediano. Figura 65 Rodillos-guía LFR50/5-KDD-4.


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ÍNDICE DE FOTOS.

Pág. Foto 1. Sistema Corredizo de Ruedas. 32Foto 2. Unidad de Rodadura Lineal a Bolas. 34Foto 3. Actuador C tipo DGC. 81Foto 4. Principio de funcionamiento del FEC Standard. 98Foto 5. Unidad de indicación y control 99Foto 6. Tubo flexible de material sintético PUN-6x1-BL. 103Foto 7. Imagen de la bobina 106Foto 8. Imagen del producto. 106Foto 9 Racor QS-1/8-8. 107Foto 10. Fuente de poder 24 v 109Foto 11. Actuador sistema integrado de medición de recorrido. Foto 12. Válvula proporcional Foto 13. Interface de ejes 537320 - SPC-AIF-INC.


XIV

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Pág.

Grafico 1. Linealización del tiempo en función del número de Pañales. 54Grafico 2. Distribución de fuerzas en la viga 118Grafico 3. Diagrama de maxima fuerza cortante 119Grafico 4. Máximo momento flexionante 120Grafico 5. Dimensiones y cargas en la columna 123


XV

ÍNDICE DE TABLAS.

Pág. Tabla 1. Calificación Cualitativa de los Sistemas. 43Tabla 2. Calificación Cuantitativa de los Sistemas. 43Tabla 3. Calificación Cualitativa de cada Actuador. 44Tabla 4. Calificación Cuantitativa de cada Actuador. 44Tabla 5. Calificación cualitativa de los sensores. 45Tabla 6. Calificación cuantitativa de los sensores. 45Tabla 7. Calificación Cualitativa de los Sensores. 46Tabla 8. Calificación Cuantitativa de los Sensores. 46Tabla 9. Calificación Cualitativa de los materiales. 47Tabla 10. Calificación cuantitativa de los materiales. 48Tabla 11. Calificación Cualitativa de cada Sistema Corredizo. 49Tabla 12. Calificación Cuantitativa de cada Sistema Corredizo. 49

Tabla 13. La distancia a recorrer W y el tiempo aproximado en función del número de pañales. 54

Tabla 14. Cantidad de Pañales Empacados por Bolsa. 56Tabla 15. Medidas de los Pañales en Centímetros. 57Tabla 16. Peso de los pañales Pequeños 57Tabla 17. Peso de los pañales Grandes 57Tabla 18. Peso de los pañales Medianos 57Tabla 19. Peso de los pañales Grandes. 57Tabla 20. Pruebas con un Pañal (pequeño). 58Tabla 21. Pruebas con un Pañal (mediano). 58Tabla 22. Pruebas con un Pañal (grande) 58Tabla 23. Pruebas con un Pañal (grande otra ref.). 59Tabla 24. Pruebas con dos Pañales (pequeño). 59Tabla 25. Pruebas con dos Pañales (mediano). 59Tabla 26. Pruebas con dos Pañales (grande). 59Tabla 27. Pruebas con dos Pañales (grande otra ref.). 60

Tabla 28. Pruebas con Cuatro Pañales (2 grandes y 3 grandes otra ref.). 60

Tabla 29. Pruebas con cuatro pañales. (2 medianos y 2 pequeños). 60

Tabla 30. Pruebas con cuatro pañales. (1 pequeño, 1 mediano y 2 grandes). 60

Tabla 31. Pruebas con cuatro Pañales (2 medianos y 3 pequeños). 60Tabla 32. Pruebas con todos los Pañales. 61Tabla 33. Peso para obtener la fuerza de expulsión de los pañales. 61Tabla 34. Datos Obtenidos de la Simulación. 65


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Tabla 35. Resultados del actuador contraído. 67Tabla 36. Resultados del Actuador B. 69Tabla 37. Datos obtenidos de la Simulación. 71Tabla 38. Características actuador DNC-32--PPV-A 73Tabla 39. Descripción de los materiales del actuador. 75Tabla 40. Dimensiones. 76Tabla 41. Dimensiones. 76Tabla 42. Cargas del carro 78Tabla 43. Datos del actuador C. 81Tabla 44. Materiales. 83Tabla 45. Dimensiones. 84Tabla 46. Dimensiones. 84Tabla 47. Dimensiones 84Tabla 48. Características del sensor inductivo SME-8-K-LED-24. 86Tabla 49. Características 87Tabla 50. Rodillos Guía-Perfilados LFR50/5-KDD-4. 89Tabla 51. Tamaño Carros LFL20..-SF. 90Tabla 52. Características Carros LFL20..-SF. 92Tabla 53. Tamaño Carriles-soporte LFS20.-CE. 92Tabla 54. Características Carriles-soporte LFS20.-CE. 94Tabla 55. Tamaño Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFR. 95

Tabla 56. Características Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFR. 96

Tabla 57. Características Unidad de Control 191449 FEC-FC600-FST. 97

Tabla 58. Características Unidad de indicación y control FED-50. 99Tabla 59. Características Tubo de material sintético PUN-6x1-BL. 103Tabla 60. Características Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B. 105Tabla 61. Características Bobina MSFG-24DC/42AC-DS 106Tabla 62. Datos técnicos y referencias. 107Tabla 63. Características Racor QS-1/8-8. 108

Tabla 64 Características Válvula estranguladora GRLA-1/8-QS-6-RS-B 109

Tabla 65 Costos Tabla 66 Coeficiente de rozamiento f


XVII

RESUMEN.

En última instancia se presentan las conclusiones, la bibliografía y los anexos correspondientes. El trabajo de grado denominado DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES®, presentado en forma de monografía como requisito para optar al título de INGENIERIA MECATRÓNICA, describe el modelo de un sistema automático para mejorar el proceso productivo de la planta ubicada en Tocancipa - Cundinamarca, de la empresa COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S. A., que se resume de la siguiente forma: El capítulo 1, indica el proceso llevado a cabo para planear el proyecto de investigación que incluye el problema encontrado en la organización, su descripción y planteamiento, la justificación, el objetivo general y los objetivos específicos que se persiguen con el diseño del sistema propuesto y los alcances y limitaciones de la investigación. El capítulo 2, presenta el marco de referencia del proyecto que se basa en la descripción de todos los elementos necesarios en el diseño del sistema automático para COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S. A.; En el capítulo 3 se presenta la metodología utilizada para el desarrollo de la fase 1 del proyecto, el enfoque dado a la investigación, la línea, la población objetivo, la hipótesis y las variables de las que depende el proyecto. En el capitulo 4 se analizan las diversas posibilidades de los sistemas aplicables para solucionar la problemática de empaque continuo de pañales HUGGIES en la empresa en mención, además de realizar una calificación cualitativa y cuantitativa de cada elemento necesario para el desarrollo ingenieríl En el capitulo 5 se explica detalladamente el sistema escogido, con sus respectivos pasos y tiempos que demora el proceso. En el capitulo 6 se analizan las técnicas de recolección de información, se hace una descripción detallada sobre la recopilación de datos que permitieron la solución propuesta. En el capitulo 7 se realizan la simulaciones correspondientes para escoger los actuadores y se exponen las características de los elementos seleccionados.


XVIII

En el capitulo 8 se nombran los accesorios que se van a utilizar de acuerdo a las necesidades de los elementos seleccionados, además se exponen las características mas relevantes de estos. En el capitulo 9 se presenta el diseño de ingeniería propuesto a las directivas y ejecutivos de COLOMBIANA KIMBERLY Y COLPAPEL S. A., que pretende aportar un sistema automático para solucionar la problemática encontrada en el área de producción referente al empaque manual de pañales HUGGIES®.


XIX

ABSTRAC

This degree work, design of the automatic system for parking diapers HUGGIES® presented as a monograph in requirement to get the mayor of mechatronic engineer describes the model of an automatic system to improve the productive process of the factory located in Tocancipa- Cundinamarca, that belongs to COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. that is resumed on this way: Chapter 1: on this chapter it’s shown the process for planning the investigation problem that includes the problem founded on the plant, its description and pose, its justification, the main objective and the general objectives that are the goals with the design of the proposed system and finally the reaches and limitations of the investigation. Chapter 2: Here it’s shown the reference mark of the project that is based on the description of all the necessary elements for the design of the automatic system for COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. Chapter 3: This chapter presents the used methodology for the development of phase 1 of the project, the given focus to the investigation, the line, the target population, the hypothesis and the variables that support the project. Chapter 4: The analysis of the possible ways to solve the problem of packing diapers in a continued form is on this chapter, also the development of a quantity and quality qualification of every necessary element for the engineering development. Chapter 5: Here it’s explicitly explained the chosen system, with its respective times and steps that make the process possible. Chapter 6: On this chapter are analyzed the techniques of information collection, also a detailed description about the data compilation that permitted the proposed solution. Chapter 7: This chapter shows the corresponding simulations done for choosing the actuators and also the characteristics of the chosen elements. Chapter 8: Here are named the accessories that are going to be used according to the necessities of the chosen elements, besides are exposed the relevant characteristics of those.


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Chapter 9: On this chapter it’s presented the engineering design proposed to the head managers of COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. that pretends to give an automatic system for solving the problem found in the area of production, in particular the manual packing of HUGGIES® diapers. In last instance are presented the conclusions, the bibliography and the corresponding annexes.

DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES®.

INTRODUCCIÓN. En la actualidad las fábricas e industrias buscan el desarrollo y automatización de los diferentes procesos, con la construcción de máquinas e instalaciones automáticas para realizar las labores o trabajos con una mayor productividad, calidad y economía, por esta razón la exigencia de ingenieros capaces de diseñar, construir, implementar y resolver problemas a niveles industriales es cada vez más necesaria. En octubre del año 2006 se visitó la planta de producción de COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S. A. en el municipio de Tocancipa, Cundinamarca; para conocer el sistema de empacado de la línea de pañales HUGGIES®, en donde se realiza el embolsado de los pañales individualmente por medio de una máquina FLOWPACK, la cual transporta el pañal por una banda donde se forra con plástico, luego pasa por una selladora para cerrar la bolsa que contiene el pañal. Después de éste proceso los pañales llegan a un contenedor, de donde comienza el proceso manual, y se organizan en grupos de varias unidades dentro de unas láminas para comprimirlos e introducirlos en las respectivas bolsas para luego ser selladas en otro lugar por operarios. COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. busca una máquina encargada de empacar los pañales por grupos para ahorrar tiempo y trabajo en el proceso anteriormente descrito. Este trabajo de grado, tiene como objetivo cambiar el sistema manual existente en COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A para el proceso de empaque, compilación y compresion de una cantidad determinada pañales por un sistema automático, que permita una programación acorde a las necesidades y características de la organización intervenida. En cumplimiento del objetivo propuesto, las investigadoras tomaron todas las medidas y dimensiones de los pañales tanto individual como en montos de varias unidades, datos y mediciones de los factores relevantes que van a interactuar con el sistema automático de empacado de pañales referente a la banda transportadora existente, diseñaron una estructura mecánica para el empacado automático de varias unidades de pañales en la línea de producción de HUGGIES®, eligieron los sensores más apropiados para el proceso de conteo de los pañales, definieron los tiempos y/o funciones de actuadores, desarrollaron el programa de control del sistema automático de empacado de


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pañales para la línea de producción de HUGGIES®, eligieron el tipo de actuador (hidráulicos, neumáticos, eléctricos) apropiados para el sistema automático de empacado de pañales y realizaron los cálculos necesarios para el sistema de actuadores. Todo lo anterior se ve reflejado en los capítulos 2 y 3 de la investigación correspondientes a los marcos de referencia y a la metodología ingenieril utilizada para la propuesta de la fase 1 del diseño del sistema automático de empacado de pañales HUGGIES®.


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1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.1.1. Antecedentes. En la actualidad en COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. el proceso de empacado de pañales se hace con la ayuda de dos operarias que están ubicadas al final de la línea de producción del pañal y son las encargadas de recoger los pañales de una tolva y posteriormente introducirlos en una bolsa. En la industria se encuentran procesos similares para empacar o sellar otro tipo de productos; en su gran mayoría del sector de los alimentos. Para el empacado de pañales es necesario tener en cuenta muchas variables que no se manejan en los tipos de empacadoras existentes en el mercado, como lo son apilar, comprimir el producto e introducirlo dentro de las bolsas. Además de tener en cuenta la variedad en cuanto a cantidad de pañales dentro de un paquete.

1.2. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 1.2.1. Identificación. COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A busca que el proceso de empacado, compilado y comprimido de una cantidad determinada pañales sea automático, ya que este es realizado manualmente por aproximadamente 2 operarios. 1.2.2. Pregunta de investigación. • ¿Cómo automatizar el proceso de empacado de pañales, con el fin de

reducir costos y obtener una mayor producción en un menor tiempo?


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1.3. JUSTIFICACIÓN. Como se había mencionado, el proceso actual de empaque de pañales se realiza de forma manual por varias personas, pero al revisar dicho proceso no se justifica tener empleados realizando esta labor ya que es muy sencilla y no se necesita ninguna formación, en cambio estos empleados se pueden capacitar en otras labores en las que sea indispensable una o varias personas. COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., en los últimos años ha mostrado un gran interés por la automatización con el fin de aplicarla en sus procesos en la línea de producción, en donde se aplicará este proyecto. De esta forma se justifica para COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., el desarrollo de este proyecto, ya que traerá beneficios para solucionar el problema planteado, a un bajo costo ya que de mutuo acuerdo entre COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. y las investigadoras, de ser aprobado el diseño, el costo para la empresa será la totalidad de los materiales, mano de obra y taller de mecánica.


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1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. 1.4.1. Objetivo general. Diseñar un mecanismo apropiado para el sellado de pañales individuales en bolsas, además de diseñar un sistema automático que cumpla la función de comprimir y empacar varios pañales en sus respectivas bolsas en la producción de la línea HUGGIES®. 1.4.2. Objetivos específicos. • Tomar todas las medidas y dimensiones de los pañales tanto individual

como en montos de varias unidades. • Tomar datos y mediciones de los factores relevantes que van a interactuar

con el sistema automático de empacado de pañales como lo son la banda transportadora existente.

• Diseñar una estructura mecánica para el empacado automático de varias unidades de pañales en la línea de producción de HUGGIES®.

• Elegir los sensores más apropiados para el proceso de conteo de los pañales.

• Definir los tiempos y/o funciones de actuadores. • Realizar el programa de control del sistema automático de empacado de

pañales para la línea de producción de HUGGIES®. • Elegir el tipo de actuador (hidráulicos, neumáticos, eléctricos) apropiados

para el sistema automático de empacado de pañales. • Realizar los cálculos necesarios para el sistema de actuadores.


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1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN. 1.5.1. Alcances. Esta investigación incluye el DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES®. El sistema será presentado a los miembros del Departamento Técnico de COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., quienes examinarán la viabilidad final del diseño, calificando su funcionalidad y costos. El sistema diseñado es presentado a la Universidad San Buenaventura, como monografía para optar al grado de ingenieria mecatronica. De ser aprobado el diseño del sistema propuesto por COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., se dará inicio a la segunda fase del proyecto, que consiste en la adquisición total de los materiales por parte de COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A., para la posterior construcción de EL SISTEMA AUTOMÁTICO DE EMPACADO DE PAÑALES HUGGIES®. 1.5.2. Limitaciones. El monto total para el proyecto será designado por la empresa COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A puesto que es la empresa que apoya el proyecto económicamente y depende de ellos la compra de los materiales solicitados para la construcción del sistema de empacado de pañales.


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2. MARCO DE REFERENCIA 2.1. MARCO TEÓRICO.

Para la realización del proyecto se utilizaran elementos que serán explicados a continuación. 2.1.1. Actuadores. 2.1.1.1. Actuadores hidráulicos. Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. 2.1.1.2. Actuadores neumáticos. A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, se diferencian en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.


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2.1.1.3. Actuadores eléctricos. La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren el uso de energía eléctrica como fuente de poder. Es altamente versátil ya que utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y señales; prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entra la fuente de poder y el actuador. 2.1.2. Sensores. 2.1.2.1. Sensores inductivos. Este tipo de sensores sirven para detectar la proximidad de piezas metálicas en un rango de distancias que va desde 1 mm a unos 30 mm., con una posible resolución del orden de décimas de milímetro. El campo de aplicación más importante de los detectores inductivos es como interruptores final de carrera con algunas ventajas con respecto a los electromecánicos, tales como: ausencia de contacto con el objeto a detectar, robustez mecánica, resistencia a ambientes agresivos, altas temperaturas y bajo precio. Como se puede deducir rápidamente, el gran inconveniente de este tipo de sensores es la limitación a objetos ferromagnéticos, aunque en aplicaciones industriales son bastante habituales. 2.1.2.2. Sensores capacitivos. Como su nombre indica, están basados en la detección de un cambio en la capacidad del sensor provocado por una superficie próxima a éste. Constan de dos elementos principales; por un lado está el elemento cuya capacidad se altera (que suele ser un condensador formado por electrodos) y por otra parte el dispositivo que detecta el cambio de capacidad (un circuito electrónico conectado al condensador). Este tipo de sensores tienen la ventaja de que detectan la proximidad de objetos de cualquier naturaleza; sin embargo, hay que destacar que la sensibilidad disminuye bastante cuando la distancia es superior a algunos milímetros. Además, es muy dependiente del tipo de material.


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2.1.2.3. Sensores ópticos. Los detectores ópticos emplean fotoceldas como elementos de detección. Algunos tipos disponen de un cabezal que incorpora un emisor de luz y la fotocelda de detección, actuando por reflexión y detección del haz de luz reflejado sobre el objeto que se pretende detectar. Otros tipos trabajan a modo de barrera y están previstos para detección a mayores distancias con fuentes luminosas independientes del cabezal detector. Permiten la identificación de colores. Cualquier objeto, incluso reflectante, que se interponga entre el emisor y el reflector será detectado, puesto que no girará el plano de polarización del haz luminoso. 2.1.3. Materiales. 2.1.3.1. Acero inoxidable. Clasificación de los aceros inoxidables. Los aceros inoxidables se dividen de acuerdo con su micro estructura en varios grupos: 2.1.3.1.1. Aceros inoxidables ferríticos. Se puede hablar de dos familias de aceros inoxidables ferríticos, los clásicos y la nueva familia de los aceros en donde se hizo hincapié en el mejoramiento de las propiedades mecánicas más que en la resistencia a la corrosión. 2.1.3.1.2. Aceros inoxidables martensiticos. Tienen una excelente resistencia mecánica y son magnéticos. A pesar de la ductilidad inherente de estos aceros es necesario controlar algunos factores para obtener resultados óptimos, sobre todo si se usan en soldadura u otros procesos que utilicen altas temperaturas. 2.1.3.1.3. Aceros inoxidables austeníticos. Los aceros inoxidables austeníticos son lejos los más usados por su ductilidad lo que los hace ideales para ser soldados.


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Ciertos aceros inoxidables austeníticos llamados “metaestables” tienen la propiedad de desarrollar mayor dureza y resistencia que los llamados “estables” cuando son deformados por trabajado mecánico en frío ya que la deformación plástica es el disparador de la transformación de austenita en martensita. 2.1.3.2. Aluminio. El aluminio es un metal que reúne una serie de propiedades mecánicas excelentes dentro del grupo de los metales no férreos, de ahí su elevado uso en la industria. Cuando se habla de aluminio se tiene en cuenta todas sus aleaciones, satisface como ningún otro metal las actuales demandas que se piden a un material estructural como son: • La ligereza, la densidad del aluminio (2,70 g/cm.) • La buena resistencia mecánica de algunas de sus aleaciones, incluso a

altas temperaturas. • Muy buena resistencia a la corrosión gracias a la película de alúmina, que

se forma en su superficie de forma espontánea y lo protege de la corrosión. • Como propiedades físicas del aluminio caben resaltar, su alta conductividad

térmica y eléctrica. 2.1.3.3. Polipropileno. Propiedades físicas: • La densidad del polipropileno, esta comprendida entre 0.90 y 0.93 gr./cm.3`

Por ser tan baja permite la fabricación de productos ligeros. • Es un material más rígido que la mayoría de los termoplásticos. Una carga

de 25.5 Kg. /cm2, aplicada durante 24 horas no produce deformación apreciable a temperatura ambiente y resiste hasta los 70 oC.

• Posee una gran capacidad de recuperación elástica. • Tiene una excelente compatibilidad con el medio.


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Propiedades mecánicas: • Tiene buena resistencia superficial. • Tiene buena resistencia química a la humedad y al calor sin deformarse. • Tiene buena dureza superficial y estabilidad dimensional. 2.1.3.3.1. Duraflex 75 D. Elastómero duro y rígido pero con carácter elástico que no poseen los plásticos o metales. Sustituye ventajosamente al nylon, polietileno, acetal, polipropileno y otros plásticos, por su mayor resistencia a la compresión, abrasión y al impacto. En general, los productos fabricados con este elastómero, muestran excelente funcionalidad ante grandes esfuerzos, manteniendo su figura geométrica. Con este elastómero se fabrican piezas básicas de línea, ruedas para estibadoras y productos especiales. 2.1.3.3.2. Ultrapol. Entre las propiedades inherentes al ultrapol, que garantizan su uso en piezas y repuestos para uso industrial, se destacan las siguientes: • Excepcional resistencia al corte. • Superficie auto-lubricada y anti-adherente. • Bajo coeficiente de fricción. • Mínimo desgaste por efecto abrasivo. • Alta resistencia al impacto. • Resistencia a los productos químicos. • Mínima absorción de humedad. • Aceptado para contacto con alimentos.


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2.1.4. Sistemas corredizos. 2.1.4.1. Sistema corredizo de ruedas. Este es un sistema para puertas corredizas pesadas, con un riel para puertas corredizas simples o con dos rieles para puertas que se cruzan; resisten 113.4 Kg. de peso por par de unidades.

Foto 1. Sistema Corredizo de Ruedas.

Fuente: En: http://www.puconperu.com. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. 2.1.4.2. Rodamientos y transmisión con guía en 'V'. Un método económico para lograr un movimiento lineal de precisión para todo tipo de aplicaciones mecánicas. Se puede ensamblar un patín muy preciso y de baja fricción rápida y económicamente, sin necesidad de usar costosas herramientas para máquinas. Las ruedas de guiado y los carriles tienen una temperatura de funcionamiento de 20 a 120°C.


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Figura 1 Rodamiento en V con Guía en V

Fuente. En: http://www.amidata.es Fecha de Consulta: Agosto de 2007. 2.1.4.3. Sistema corredizo de guiado lineal. Los rodamientos lineales son elementos de rodadura para movimientos de traslación. se pueden suministrar como guías lineales con carril-guía, guías lineales con rodillos-guía, sistemas de guiado por eje con casquillos lineales a bolas, sistemas de guiado con jaulas planas, guías con patines con recirculación de rodillos y recirculación a bolas, así como unidades lineales accionadas (módulos y mesas). Las guías se componen de una unidad carril-carro, un sistema de ejes-rodamiento lineal o son unidades carril-carril con jaulas planas de rodillos o bien jaulas planas a bolas, dispuestas entre los carriles. Las unidades lineales accionados son sistemas completos de uno o de varios ejes, con sistema de guiado mecánico, motor eléctrico y un control ajustado al sistema. 2.1.4.3.1. Unidad de rodadura lineal a bolas. Permiten grandes distancias de apoyo. Los patines sin jaula se deslizan en uno o en ambos lados de los carriles-guía y soportan elevadas cargas, a pesar de sus reducidas dimensiones. Si los patines se fijan en carros, forman junto con los carriles, sistemas con recirculación de cuatro hileras de bolas.


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Foto 2. Unidad de Rodadura Lineal a Bolas.

Fuente. En: http://www.directindustry.es/ . Fecha de Consulta: Agosto de 2007. 2.1.4.3.2. Rodillos de leva. Los rodillos de leva son rodamientos de bolas con un aro exterior de paredes particularmente gruesas. Son unidades listas para montar y prelubricadas, y se utilizan para todo tipo de mandos de leva, sistemas de transporte, etc.1. Los rodillos anchos también se encuentran disponibles con superficie de rodadura plana. Los rodillos de leva con superficies de rodadura coronadas se deben utilizar siempre que se esperen desalineaciones angulares con respecto a la pista de rodadura, y donde las tensiones en los bordes se deban minimizar2.

1 En: http://www.directindustry.es/prod/schaeffler-kg-ina/unidad-de-rodadura-lineal-a-bolas-169-54685.html. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. 2 IBID.


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Figura 2. Rodillos de Leva.

Fuente: En: http://www.skf.com. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. 2.1.4.4. Sin fin Corona. El mecanismo de cremallera está constituido por una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento giratorio del engranaje de menor diámetro, en un movimiento lineal.

Figura 3. Sin Fin Corona con Cremallera.

Fuente: En: www.wikipedia.org Fecha consulta: Septiembre de 2007.


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3. METODOLOGÍA.

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN. El enfoque de la investigación desarrollada es empírico-analítico con un interés técnico, basado en la automatización de un proceso industrial en una planta ubicada en Tocancipa, COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A. 3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA USB/SUB-LÍNEA DE LA FACULTAD/CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA. Tecnologías actuales y sociedad / instrumentación y control de procesos / Automatización de procesos robótica. 3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN. Para la recolección de información se contó con la ayuda de los ingenieros Germán Medina y Gerardo Ramírez, los que permitieron tomar medidas, realizar pruebas y hacer los cálculos necesarios a la máquina ya existente, de tal forma que se pudiera diseñar el final del proceso de ésta. Además, se contó con la ayuda el soporte, guía y orientación de los ingenieros y profesores de la Universidad de San buenaventura para resolver dudas o para ayudas académicas. Se cuenta con una amplia información en bibliotecas, Internet, artículos y otros medios con los cuales se puede sustentar de una manera segura el proyecto


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3.4 POBLACIÓN OBJETIVO. COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A, es una empresa fundada en 1872, se dedica a la producción y mercadeo de diversos productos, que son utilizados por millones de consumidores: pañales, toallas femeninas, papel higiénico, servilletas, pañuelos, toallas para cocina, toalla de manos, cuadernos escolares y productos para oficina. Las principales marcas bajo las cuales se comercializan estos productos son: KLEENEX®, PÉTALO®, KOTEX®, HUGGIES®, SCRIBE®, KIMBERLY®, SCOTT® y DEPEND®. Se realizara el proyecto directamente para el empaque de pañales HUGGIES®. 3.5 HIPÓTESIS. Para realizar el proceso de empacado de los pañales en distintos grupos, se contaría con una banda transportadora de la FLOWPACK que los encarrilaría en un contenedor, en el cual se encontrará un sensor, encargado de contar hasta treinta -30- pañales, ese contenedor los comprimiría lo suficiente para que quepan en la bolsa correspondiente; estas bolsas serian suministradas por un operario.


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3.6 VARIABLES. 3.6.1 Variables Independientes. Cantidad de pañales que entran a la banda transportadora. 3.6.2 Variables Dependientes. • El empaque, el cual se realiza manualmente. • Velocidad de la banda transportadora. • La cantidad de pañales que se van a empacar.


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4. SELECCIÓN DEL SISTEMA Y LOS ELEMENTOS

4.1. OPCIONES PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA Se obtuvieron varias ideas para darle solución al problema del empacado de pañales estas son: 4.1.1. Rueda con divisiones. Este mecanismo consiste en una rueda donde su eje se encuentra paralelo al piso y perpendicular a la banda transportadora, la rueda tiene divisiones y está ubicada al final de la banda transportadora. Esta rueda es la encargada de recibir los pañales que vienen de la banda transportadora almacenándolos uno por cada división en la rueda, para después comprimirlos y posteriormente empacarlos.

Figura 4. Rueda con Divisiones.


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4.1.2. Rueda vertical con 4 compartimientos. Esta rueda se encuentra al final de la banda transportadora y su base se ubica paralela al piso, cada 90 grados hay un compartimiento donde van a caer los pañales. La rueda gira y coloca un compartimiento para posicionarlo al final de la banda transportadora, donde los pañales caen dentro de éste hasta que se completa el conteo, luego gira de nuevo 90 grados, para posicionar un nuevo compartimiento.

Los compartimientos llenos se ubican en una nueva posición, quedando delante de un actuador que se encarga de empujar los pañales hasta que quedan dentro de la respectiva bolsa donde deben quedar empacados.

Figura 5. Rueda vertical con Cuatro Compartimientos.

4.1.3. Eje con 4 paletas. Tiene el mismo funcionamiento de la rueda vertical con 4 compartimentos, pero a cambio de rueda tiene un eje que hace girar las paletas, las que se encuentran ubicadas al final de la banda transportadora, lo que les permite recibir los pañales y bajar a medida que cada unidad de pañal cae hasta llegar al conteo final.


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Figura 6. Eje con Paletas.

4.1.4. Compartimiento único comprimible. Este consta de un sólo compartimiento conformado por una bandeja que se traslada verticalmente con respecto al piso y se ubica al final de la banda transportadora. En la medida en que caen los pañales en la bandeja, esta se desplaza hacia abajo hasta completar el ciclo. Seguidamente la bandeja que se encuentra en la parte baja, junto con un techo que se ubica en la parte superior, comprime los pañales a cierta distancia, para luego empujarlos hacia la bolsa en donde son empacados.


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4.2. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA • Montaje. “Colocación o ajuste de las piezas de un aparato, máquina o

instalación en el lugar que les corresponde”3. También se refiere a la facilidad en la construcción del sistema, tomando en cuenta el tiempo, el espacio, los materiales, entre otros que este requiera.

• Capacidad. ”Posibilidad que tiene algo de contener en su interior otras

cosas”4. En este caso la cantidad de pañales que puede contener el sistema.

• Ejecución. “Realización de algo”5. Para el proyecto la ejecución consta del

conteo de los pañales, la compresión de estos, y el ingreso de los pañales en la respectiva bolsa.

• Rapidez. Tiempo que se demora en realizar todo el proceso. • Costos. Precio estimado de cada sistema que incluye únicamente los

materiales para la construcción. 3 Diccionario de la lengua española © 2005 Espasa-Calpe S.A., Madrid 4 IBID. 5 IBID.


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4.2.1. Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones del sistema.

Tabla 1. Calificación Cualitativa de los Sistemas.

Sistemas Características

Rueda con divisiones

Rueda verticalCon 4

compartimientos

Eje con 4 paletas

Compartimiento Único

Comprimible

Montaje Difícil Fácil Fácil Medio

Capacidad Limitada Limitada Ilimitada Ilimitada

Ejecución Incompleta Incompleta Incompleta Completa

Rapidez Aceptable Buena Aceptable Buena

Costos Altos Altos Altos Altos

Tabla 2. Calificación Cuantitativa de los Sistemas. Sistemas

Características

Rueda con Divisiones

Rueda verticalcon 4

Compartimientos

Eje con 4 Paletas

Compartimiento Único

Comprimible

Montaje 1-10 2 8 8 6

Capacidad 1-10 2 2 8 8 Ejecución 1-10 2 2 2 10

Rapidez 1-10 5 8 5 8 Costos 1-10 1 1 1 1

TOTAL 12 21 24 33 4.3. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS ACTUADORES • Limpieza: en cada proceso realizado por sistema no deje ninguna impureza

o suciedad en el producto ni en sus alrededores.


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• Velocidad: rapidez máxima con el cual funciona cada actuador. • Costos: precio estimado de cada actuador. • Precisión: exactitud en el posicionamiento. • Energía: cantidad de fuerza que produce cada actuador. • Ruido: sonido que produce cada actuador. • Sobrecarga: exceso de carga. • Antideflagrante: riesgo a incendios. 4.3.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los actuadores

Tabla 3. Calificación Cualitativa de cada Actuador.

Sistemas Propiedades Neumático Hidráulico

Eléctrico

Propiedades Valor C.C C.A Motores P a PLimpieza 1-10 Si No No Velocidad 1-10 Alta Baja Baja Costos 1-10 Bajo Alto Depende de varios factores Precisión 1-10 Baja Alta Alta Energía 1-5 5-10 bar 50-100 bar Limitada Ruido 1-3 Si Si No Sobrecarga 1-3 No riesgo No riesgo Alto riesgo Antideflagrante 1-3 Si Si No

Tabla 4. Calificación Cuantitativa de cada Actuador. Sistemas Propiedades Neumático Hidráulico

Eléctrico

Propiedades Valor C.C C.A Motores P a PLimpieza 1-10 10 1 1 Velocidad 1-10 10 5 5 Bajo Costo 1-10 10 5 1 Precisión 1-10 1 10 10 Energía 1-5 1 5 3 Silencioso 1-3 1 1 3 Sobrecarga 1-3 3 3 1 Antideflagrante 1-3 3 3 1

TOTAL 39 33 25


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4.4 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS SENSORES Para el actuador A se necesitan 3 sensores de posicionamiento, para el actuador B se requieren 2 sensores, y para el actuador C 2 sensores. 4.4.1. Sensores de posicionamiento para el cilindro A, B y C • Costos: precio estimado de cada sensor. • Detectar presencia embolo o vástago del actuador: capacidad del

sensor de identificar la presencia de un pañal. 4.4.1.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los sensores para el posicionamiento del los cilindros A, B y C.

Tabla 5. Calificación cualitativa de los sensores.

Sensor posicionamiento del vástago

Características Inductivos capacitivos ópticos ultrasónicos

Propiedades

Costos Bajo Bajo Alto Alto

Detectar presencia de Embolo si No si si

Tabla 6. Calificación cuantitativa de los sensores.

Sensor posicionamiento

del vástago Características Inductivos Capacitivos ópticos ultrasónicos

propiedades Valor

Costos 1-10 10 10 1 1

Detectar presencia de Embolo

1-10 10 1 10 10

TOTAL 20 11 11 11


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4.4.2 Sensor para el conteo de pañales • Costos: precio estimado de cada sensor. • Campo de medida: es el rango de valores de la magnitud de entrada

comprendido entre el mínimo y el máximo detectable por un sensor. • Cambios ambientales: efecto desfavorable que produce algunos factores

al sensor como son el viento, la luz, el agua, la humedad, etc. • Detectar presencia de pañal: capacidad del sensor de identificar la

presencia de un pañal. 4.4.2.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los sensores para el conteo de pañales.

Tabla 7. Calificación Cualitativa de los Sensores.

Sensores para

el conteo Características Inductivos capacitivos ópticos Optoeléctricos

propiedades Valor

Costos 1-10 Bajo Bajo Alto Alto

Campo de medida 1-10 1 a 30 mm 1 a 30 mm 0 a 500 m 0 a 1500 mm Cambios

ambientales 1-5 medio Alto bajo Bajo

Detectar presencia de pañal 1-5 no Si si Si

Tabla 8. Calificación Cuantitativa de los Sensores.

Sensores para el conteo

Características Inductivos capacitivos ópticos Optoelectrónicos.

propiedades Valor Costos 1-10 3 1 5 5 Campo de medida 1-10 10 10 1 1 Cambios Ambientales.

1-5 1 5 5 5

Detectar presencia de pañal.

1-5 3 3 5 10

TOTAL 17 19 16 21


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4.5 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS MATERIALES. • Densidad: Peso del material en gramos por cada centímetro cúbico. • Costos: Precio del material en pesos por cada centímetro cúbico. • Soldadura: Facilidad para unir cada material conjuntamente. • Magnético: Fuerza de atracción generada por cada material. • Dimensiones: Área máxima de cada material que se encuentra en el

mercado. • Dureza: Se tomó la dureza Brinell de los materiales. • Resistencia: Resistencia a tracción. • Espesor: Máximo grosor de cada material que se encuentra en el mercado. 4.5.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones de los materiales.

Tabla 9. Calificación Cualitativa de los materiales.

Materiales Propiedades Acero Inoxidable

Aluminio Polipropileno

Propiedades Valor 304 Austenitico

430 Ferritica

Duraflex 75 D

Ultrapol

Densidad gr/cm3 1-10 7.93 7.7 2.7 1.30 0.96

Costo $/cm3 1-10 13000 63000 45000 164000 112000 Soldadura 1-10 Buena Excelente Aceptable Mecánica Mecánica Magnético 1-10 No Si No No No Dimensiones cm2 1-10 100-122 100-122 100-122 61 x122 51 x 152

Dureza (brinell) 1-5 160-190 135-180 23-150 75

Shore D 70

Shore D Resistencia Mpa 1-5 460-1100 540 110.31-

330.94 62 28

Espesor mm 1-3 0.8-1.7 0.8-1.7 0.8-1.7 3.17 –

50.8 3.17– 114.3


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Tabla 10. Calificación cuantitativa de los materiales.

Materiales Propiedades Acero Inoxidable

AluminioPolipropileno

Propiedades Valor 304 Austenitico

430 Ferritica

Duraflex 75 D Ultrapol

Densidad gr/cm3 1-10 1 1.3 7.75 9.56 10

Costo $/cm3 1-10 10 6.98 8.1 1 4.1 Soldadura 1-10 5 10 3 5 5 No Magnetico 1-10 10 1 10 10 10 Dimensiones max area cm2 1-10 10 10 10 1 3

Dureza (brinell) 1-5 5 4.6 3.6 1.2 1 Resistencia Mpa 1-5 4.4 5 1.64 1.3 1

Espesor 1-3 1 1 1 2 3 Total 46.4 39.88 45.09 31.06 37.1

4.6 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DEL SISTEMA CORREDIZO • Velocidad: Rapidez máxima que tiene cada sistema. • Mantenimiento: Tipo de lubricación que necesita cada sistema. • Costos: Precio en pesos de cada sistema. • Temperatura: Temperatura máxima a la que trabajan los sistemas. • Capacidad: Peso máximo que puede soportar cada sistema.


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4.6.1 Calificación cuantitativa y cualitativa para las opciones del sistema corredizo

Tabla 11. Calificación Cualitativa de cada Sistema Corredizo.

Sistemas Características

Sin fin corona

Ruedas Rodamientos en “V”

rodadura lineal a bolas


Rodillos de levas

propiedades valor

velocidad 1-10 DF DF 1.5m/s 6m/s 5m/s 8m/s Mantenimiento

1-10 grasa grasa Aceite o grasa Aceite o grasa

Aceite o grasa

Aceite o grasa

costos 1-10 ------- ----- ------------- 30K – 50K

30K – 50K

30K – 50K

temperatura 1-5 DF DF -20 a 120°C.

-10 a 80°C

-10 a 80°C

-10 a 80°C

capacidad 1-3 DF 1225 N 940 N 385N 640N 450N

* DF. Dependen de otros factores

Tabla 12. Calificación Cuantitativa de cada Sistema Corredizo.

Sistemas Características Sin fin

corona Ruedas Rodamientos en “V”



Rodillos de levas

Propiedades valor

velocidad 1-10 DF DF 1.5 6 5 8 Mantenimiento 1-10 5 5 10 10 10 10

costos 1-10 ------- ----- ------------- 10 10 10

temperatura 1-5 DF DF 5 4 4 4

capacidad 1-3 DF 3 2.3 1 1.5 1.1

TOTAL 5 8 18.8 31 30.5 33.1* DF. Dependen de otros factores


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5 SISTEMA SELECCIONADO

Compartimiento Único Comprimible. Después de tener varias ideas se pudo elegir el mejor diseño para el proyecto mejorando y completando el proceso. Este consta de un compartimiento conformado por una bandeja que se traslada verticalmente, una pared frontal móvil con techo, dos paredes laterales estáticas, sistemas corredizos, dos actuadores de doble efecto, una actuador sin vástago, una válvula extranguladora, sensores de posición, un sensor optoelectrónico y sensores de contacto.

Figura 7. Diseño preliminar del sistema escogido.


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5.1 PASOS DEL PROCESO. El proceso consta de los siguientes pasos que son: 1. El primer paso es el empilado donde empezaran a caer los pañales de la banda transportadora a la bandeja que está ubicada al frente de esta donde la bandeja ira bajando con la ayuda del primer actuador (actuador B, la posición de éste actuador es con el vástago afuera) progresivamente por medio de la válvula reguladora (como el tiempo de caída de cada pañal es de medio segundo aproximadamente, se utiliza la válvula extranguladora para controlar el tiempo de bajada de la bandeja en la que caen los pañales) una distancia W, hasta que el sensor optoelectrónico de conteo haya presenciado la cantidad necesaria de pañales para empacar. W = la distancia de los pañales sin comprimir. La pared móvil con techo se encuentra debajo de la banda transportadora, esta pared se encuentra fija al segundo actuador (actuador A). 2. Después del conteo, el segundo paso es el de compresión de los pañales, donde la pared es empujada por el actuador A una distancia Y, posteriormente el actuador B subirá la bandeja una distancia Z. Y= medida de el largo del pañal. Z= distancia a comprimir. Por lo que los pañales quedaran comprimidos en el compartimiento. El operario se encargará de colocar la bolsa en dos paletas sujetas al final del compartimiento cuya distancia entre cada paleta equivale a P. Esta distancia es modificada mediante un actuador C que se encarga de mover la paleta inferior. P= distancia de los pañales comprimidos Ahora el actuador A proseguirá a empujar la pared, un recorrido correspondiente a 2Y. En este paso, la pared rodará por el sistema corredizo dejando el techo de esta en la posición de compresión por medio de unos topes. Con esto se logra tener unos segundos más de tiempo puesto que los pañales empezaran a caer ahora en el techo mientras sube la bandeja y se regresa la puerta frontal móvil a su posición inicial y así los pañales volverán a caer a la bandeja.


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Figura 8. Actuador A.

Figura 9. Actuador B.

Figura 10. Actuador C.


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Ciclo completo:

Proceso realizado por los actuadores A y B: • Estado inicial: Actuador A: contraído Actuador B: extendido Actuador C: Posición Inicial R. • Control de las posiciones por sensores: Posición O => Sensor de posicionamiento en el actuador A Posición y => Sensor de posicionamiento en el actuador A Posición 3y => Sensor de posicionamiento en el actuador A Posición P => Sensor de posicionamiento en el actuador B Posición R => Sensor de posicionamiento en el actuador C Posición Q => sensor optoelectrónico de conteo Posición Z => Sensor de posicionamiento para el actuador B. Posición S => Sensor de posicionamiento para el actuador C. • Tiempos en el proceso: 1er tiempo: apilar y contar los pañales: Para realizar este paso el actuador A debe estar contraído (A-), el actuador B debe estar extendido (B+) y el actuador C debe estar en la posición inicial R. El operador debe colocar una bolsa en las paletas de las cuales una de ellas esta unida al actuador C. Para apilar los pañales el actuador B debe empezar a contraer el vástago con una velocidad y una distancia determinada por la cantidad de pañales que se vayan a apilar como se muestra en las siguientes tablas y gráficas:


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Tabla 13. La distancia a recorrer W y el tiempo aproximado en función del número de pañales.

# de pañales Tiempo aprox. (s) Distancia a recorrer W (cm) 8 4 18 10 5 22 12 6 26 16 8 35 18 9 39 20 10 44 22 11 48 24 12 52 26 13 57 30 15 65

Grafico 1. Linealización del tiempo en función del número de Pañales.

y = 0,5xR2 = 1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25 30 35

# de pañales

tiem

po (s

)

Ecuación de la gráfica Y = 0.5 x Donde x es el número de pañales y Y es el tiempo que se quiere para organizar los pañales. • Se debe tener en cuenta que en este primer tiempo la paleta que está unida

al actuador lineal C debe estar en la posición inicial puesto que el operador debe tener el tiempo necesario para colocar la bolsa.


55

• El actuador B bajará completamente hasta que el sensor que cuenta los pañales lo indique.

• Cuando se desea hacer pacas de pañales con una cantidad superior a treinta, lo que se hace es empacar dos bolsas del mismo tamaño en una sola bolsa más grande.

• La distancia de cada pañal se calculó tomando como espesor Xo igual a 2,2 cm. y adicionándole hasta treinta, pero despreciando el peso de cada pañal puesto que este peso lo comprime algunos centímetros.

• El tiempo para contraer el vástago del actuador B esta entre 4-15 segundos dependiendo de la cantidad de pañales.

2do tiempo: colocar techo. Después de que los pañales caen en la bandeja y el actuador B se contrae con una velocidad determinada hasta que un sensor de posición lo determine, el actuador A debe avanzar su recorrido 24 cm, esta medida es el largo máximo de los pañales. Para realizar este paso el actuador Ay B deben estar contraídos. El actuador A se extiende hasta que el techo quede encima de los pañales, esta distancia la determina un sensor de posicionamiento. 3er tiempo: comprimir pañales. Para realizar este paso el actuador A debe estar extendido hasta 24 cm y el B una distancia Q. Después de que el techo queda encima de los pañales el actuador B empieza a extenderse hasta una posición determinada por un sensor de posicionamiento, que al recibir la señal del contacto con la pared frontal móvil enviará una señal para que el actuador B detenga su recorrido. Al mismo tiempo el actuador C empieza a bajar mientras la bolsa esta dentro de las paletas de éste, hasta que otro sensor de posicionamiento indique que se alcanzó la posición deseada que es la altura de la bandeja. • Al final de este paso el actuador B debe haber recorrido una distancia Z. 4to tiempo: empacar pañales. El actuador B debe estar extendido una distancia Z y posteriormente el actuador A debe extenderse 48 cm. para colocar los pañales comprimidos dentro de la bolsa y sacarla de las paletas. 5to tiempo: Contraer el actuador A. En este paso el actuador A vuelven a su posición inicial, mientras el actuador C sube también hasta su posición inicial. 6to tiempo: empezar el ciclo. El actuador B se extiende hasta la posición P y vuelve a comenzar todo el proceso desde el 1er tiempo.


56

6. RECOPILACIÓN DE DATOS.

En la empresa COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A desarrolla, en la sección donde se va a aplicar el proyecto, tres diferentes tamaños de pañales que son pequeño mediano y grande, estos son empacados como se muestra en la tabla 14.

Tabla 14. Cantidad de Pañales Empacados por Bolsa.

Pañal Pequeño Pañal Mediano Pañal Grande 14 Pañales 16 Pañales 10 Pañales 30 Pañales 28 Pañales 24 Pañales 30 Pañales 30 Pañales 30 Pañales 56 Pañales 48 Pañales

La empresa suministró para el proyecto una bolsa donde se pueden empacar 24 pañales grandes (Ver figura 11), además de 12 pañales distribuidos de la siguiente manera: 3 pequeños, 3 medianos, 3 grandes y 3 grandes de otra referencia con los cuales se obtuvieron los siguientes datos mostrados en las siguientes tablas:

Figura 11. Medidas de la Bolsa para 30 Pañales.


57

Tabla 15. Medidas de los Pañales en Centímetros.

Medida Pañales 1er pañal 2do pañal 3er pañal Promedio

Largo Pequeño 17.5 18 17.5 18 Mediano 18.5 19.5 19 19.5 Grande 23 24 22.5 24

Ancho Pequeño 10.5 11 11 11 Mediano 11 11.5 11 11.5 Grande 12 12 12 12

Espesor Pequeño 1.4 1.5 1.66 1.52 Mediano 2.29 1.83 1.6 1.9 Grande 2.16 1.5 1.83 1.83

Tabla 16. Peso de los pañales Pequeños

Tabla 17. Peso de los pañales Grandes

1er pañal 47 gr 2do pañal 50 gr 3er pañal 47 gr TOTAL 115 gr

Tabla 18. Peso de los pañales Medianos.


Tabla 19. Peso de los pañales Grandes.




58

6.1 PRUEBAS REALIZADAS A LOS PAÑALES. Para obtener la fuerza que se necesita para comprimir los pañales se experimento con un recipiente que contenía agua. El peso del recipiente con agua se tomó inicialmente de 100 gr y se fue incremento adicionándole 100 gr de agua. A cada pañal se le coloco encima el recipiente con agua logrando de esta manera comprimirlo para medir el espesor final del pañal. De estas pruebas se obtuvieron los resultados que se muestran a continuación.

Tabla 20. Pruebas con un Pañal (pequeño).

Pequeño (Peso del recipiente)

1er pañal (mm) 2do pañal (mm) 3er pañal (mm)Espesor de cada pañal después de colocarle el recipiente

Xo 26.8 27.5 31.4 100 gr 18.8 21.2 19.4 200 gr 17 18.8 15.9 300 gr 16 17.6 14.7 400 gr 14.6 14.8 13.9 500 gr 12.45 13 11

Tabla 21. Pruebas con un Pañal (mediano).

Mediano

(Peso del recipiente) 1er pañal (mm) 2do pañal (mm) 3er pañal (mm)Espesor de cada pañal después de colocarle el recipiente

Xo 31.2 29.4 29.9 100 gr 21.6 18 16.1 200 gr 18.6 17.4 14.9 300 gr 17.9 14.9 13.6 400 gr 14.3 13.4 12.3 500 gr 14.2 12.9 10.5

Tabla 22. Pruebas con un Pañal (grande).

Grande

(Peso del recipiente)

1er pañal (mm) 2do pañal (mm) 3er pañal (mm) Espesor de cada pañal después de colocarle el recipiente

Xo 21.6 20.7 25.05 100 gr 20 19.1 22.4 200 gr 18.9 16.8 19.2 300 gr 17.6 14.95 17.95 400 gr 14.95 13.8 17.9


59

Tabla 23. Pruebas con un Pañal (grande otra ref.).

Grande otra Ref.

(Peso del recipiente) 1er pañal (mm) 2do pañal (mm) 3er pañal (mm)Espesor de cada pañal después de colocarle el recipiente

Xo 22.9 27.9 29.4 100 gr 19.7 22.4 26.7 200 gr 18.5 20.2 300 gr 17.3 19.2 400 gr 13.3 16.7 500 gr 15.7

Tabla 24. Pruebas con dos Pañales (pequeño).

Pequeño

(Peso del recipiente) 1er pañal (mm) y 2do pañal (mm)

Espesor de dos pañales después de colocarle el recipienteXo 57.4

100 gr 43 200 gr 38.45 300 gr 35.9 400 gr 35 500 gr 33

Tabla 25. Pruebas con dos Pañales (mediano).

Mediano


Espesor de dos pañales después de colocarle el recipienteXo 63

100 gr 39.4 200 gr 38 300 gr 36 400 gr 35 500 gr 33.3

Tabla 26. Pruebas con dos Pañales (grande).

Grande



100 gr 39.9 200 gr 40.8300 gr 35.4 400 gr 34.5 500 gr 30.5


60

Tabla 27. Pruebas con dos Pañales (grande otra ref.).

Grande otra Ref.



100 gr 48.1 200 gr 43.4 300 gr 40.8 400 gr 39 500 gr 35

Tabla 28. Pruebas con Cuatro Pañales (2 grandes y 3 grandes otra ref.).

(Peso del recipiente) 4 Pañales (2 grandes y 2 grandes otra Ref.)

Espesor de dos pañales después de colocarle el recipiente (mm)Xo 100

2000 gramos 68.3 2525 gramos 63.6

Tabla 29. Pruebas con cuatro pañales. (2 medianos y 2 pequeños).

(Peso del recipiente) 4 Pañales (2 medianos y 2 pequeños)


2000 gramos 58.8 2525 gramos 53.5

Tabla 30. Pruebas con cuatro pañales. (1 pequeño, 1 mediano y 2 grandes).

(Peso del recipiente) 4 Pañales (1 pequeño, 1 mediano y 2 grandes)


2000 gramos 63.55 2525 gramos 58

Tabla 31. Pruebas con cuatro Pañales (2 medianos y 3 pequeños).

(Peso del recipiente) 4 Pañales (2 medianos y 2 pequeños)


3100 gramos 50.5 3475 gramos 48.95 4250 gramos 46.64625 gramos 41.1 5350 gramos 41 5950 gramos 39 6300 gramos 38 7250 gramos 36


61

Tabla 32. Pruebas con todos los Pañales. # pañales

Peso (gr)

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Espesor de cada pañal (cm)

0 25 22.5 20.5 19 17 15.5 13 11 10 8 6 2.7 1000 19 16.5 14.5 12.5 11 10 8.5 7.5 7.2 5 3.5 2 2000 18 15.5 14 12.5 10.5 9.5 8 7 6.5 5 3 1.5 3000 16.5 15 13 11.5 10 9 8 6.5 6 5 3 1.5

4000 16 14.5 12.5 11.5 9.5 9 8 6.5 6 3 1.5 5000 15.5 14 12 11 9.5 8.6 6 6 6000 15 13 11.5 11 9 8.5 6 7000 14.5 12.7 11.5 10.5 9 8.2 6 8000 14 12.7 11 10 8.7 8 9000 13.5 12.4 10.5 9.7 8.5 8

10000 13 12.4 10 9.5 8.5 8 11000 12.5 12 10 9 8 12000 11 12 10 9 8 13000 11 11.5 9 8 14000 11 11 15000 11

Para conocer la fuerza necesaria para sacar los pañales del compartimiento después de que éstos son comprimidos se realizó una prueba en donde 12 pañales se comprimieron una distancia de 13 cm y posteriormente se les colocó peso encima hasta que empezaron a moverse y salieron de las paredes que los comprimían, de esta prueba se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla 33. Peso para obtener la fuerza de expulsión de los pañales.

6.1.1 Resultado de las pruebas realizadas Después de realizadas las pruebas se calculó que los pañales deben ser comprimidos un 62% para poderlos empacar en las bolsas. Se obtuvo también un vídeo por medio de la empresa COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A donde se pudieron tomar datos importantes para el proyecto, estos son:

Peso Tiempo Distancia 2320 gr 29 cm 2400 gr 2,30 Seg 6,5 cm 3140 gr 4,45 Seg 11 cm


62

• El tiempo en empilarse 30 pañales es de 15 seg • Las operarias tardan un promedio de 1.49 segundos colocando las bolsas

en la lámina. • Empacando 30 pañales en las respectivas bolsas las operarias tardan en

promedio 38.05 segundos. Peso necesario para comprimir y para sacar los pañales después de comprimidos: 15 Kg. Fuerza necesaria = F = Peso * gravedad F = 15 Kg. * 9,81 m/s2 = 147.150 N Peso aproximado de 30 pañales es 1150 gr. La densidad del acero inoxidable es de 7.93 gr. /cm.3 Si se supone una bandeja de dimensiones 24 cm. * 12 cm. * 0,8 cm. Se puede afirmar que esta tendría un área de 230.a cm.3 Realizando la conversión el peso de la bandeja unida al actuador B es de 1827.072 gr. Y si se le suma el peso de los pañales seria 2977.072 gr. Aproximadamente 3 Kg. El actuador A tiene una pared acoplada y esta pared tiene un peso aproximado al de la bandeja del actuador B por esta razón se supone también un peso de 3 Kg.


63

7. ELEMENTOS SELECCIONADOS 7.1 ACTUADORES NEUMATICOS DE DOBLE EFECTO. La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en actuadores de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno. Los actuadores de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial. 7.1.1 Actuadores con Amortiguación Interna. Cuando las masas que traslada un actuador son grandes, para evitar un choque brusco y daños se utiliza un sistema de amortiguación que entra en acción momentos antes de alcanzar el final de la carrera. Antes de alcanzar la posición final, un émbolo amortiguador corta la salida directa del aire al exterior .En cambio, se dispone de una sección de escape muy pequeña, a menudo ajustable.

Figura 12. Actuador con Amortiguación Interna

Fuente. En: www.spiensman.com Fecha de Consulta: Agosto de 2007


64

7.2 ELECCIÓN DE LOS ACTUADORES Esta elección se realizará por medio del software ProPneu de Festo. 7.2.1 Elección del actuador A

Figura 13. Simbología de actuador doble efecto.

Fuente. Festo. Parámetros del Sistema. Tiempo de posicionamiento esperado: 0.5 s Regulación básica del actuador: Longitud de carrera requerida 750mm Ángulo de instalación 0 ° Dirección del movimiento Extender Abastecimiento de aire comprimido: Presión de funcionamiento 6 bar Largo del tubo flexible 1 m Regulaciones de la carga: Masa en movimiento 3 Kg 7.2.1.1 Selección y simulación del sistema. Se escogió el diámetro del embolo de 32 cm, ya que aunque se puede utilizar un embolo más pequeño se quiere evitar que este se doble por su longitud, además se escogió con amortiguador ya que la energía residual es demasiado grande, por esta razón necesita amortiguación en ambos lados, el resto de datos fueron proporcionados por el programa ProPneu de Festo: Accionamiento 1 x DNC-32-750-PPV-A


65

Tubo flexible PUN-6X1-BL Silenciador U-1/8

Tabla 34. Datos Obtenidos de la Simulación.

Tiempo total de posicionamiento 0.38 s Velocidad promedio 1.94 m/s Velocidad de impacto 3.11 m/s Máx. velocidad 3.19 m/s Energía dinámica de impacto 21.77 J Velocidad media del aire 185.23 m/s Consumo de aire mínimo 4.4413 l

Fuente. Festo. Programa Propneu.

Las graficas obtenidas de la simulación son las siguientes:

Diagrama 1 Diagrama velocidad/tiempo.

Fuente. Festo. Programa Propneu. En el diagrama anterior la línea azul indica el recorrido del vástago en función del tiempo, gracias a esta gráfica se puede afirmar que el tiempo para realizar el recorrido de 75 cm. es de aproximadamente 0.4 segundo, es decir que para realizar el primer posicionamiento de este actuador, que equivale a 24 cm. este tardaría aproximadamente 0.2 segundos.


66

En cuanto a la línea roja que indica la velocidad en función del tiempo, podemos ver que a medida que el vástago avanza en su recorrido la velocidad va aumentando hasta llegar al final de la posición.

Diagrama 2 Diagrama aceleración/tiempo.

Fuente. Festo. Programa Propneu. En las gráficas de aceleración, presión de salida y presión de entrada podemos observar que los actuadores comienzan con una aceleración de menos de 30 m/s2 y va disminuyendo a 10 m/s2 hasta que el actuador sale completamente, cuando esto ocurre la aceleración es negativa debido a la amortiguación, hasta que deja de haber aceleración. En cuanto a la presión de entrada, esta inicialmente es de 0 unidades pero en unos milisegundos ésta aumenta a su máximo para poder tener una aceleración y va disminuyendo con el tiempo para tener una amortiguación del actuador, esta disminución es aproximadamente a 3 bar hasta que sale el émbolo completo, en cuanto a la presión de salida esta tiene un comportamiento parecido a la presión de entrada, pero en este caso el funcionamiento es diferente ya que al iniciar, empieza a salir el aire con mayor presión, esto debido a que se necesita que el área del actuador del retorno debe estar casi vació para que el vástago tenga una gran velocidad, después de esto la presión de salida va disminuyendo.


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De esta misma forma funciona el actuador en retroceso y el actuador B.

Tabla 35. Resultados del actuador contraído.

Tiempo total de posicionamiento 0.47 s Velocidad promedio 1.59 m/s Velocidad de impacto 2.67 m/s Máx. velocidad 2.76 m/s Energía dinámica de impacto 16.08 J Velocidad media del aire 184.51 m/s Consumo de aire mínimo 3.8542 l Regulación PPV 20 %

Fuente. Datos obtenidos de la Simulación.

Las gráficas obtenidas de la simulación son las siguientes:




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Fuente. Festo. Programa Propneu. 7.2.2 Elección del actuador B Tipo de actuador: Actuador de doble efecto Parámetros del Sistema: Tiempo de posicionamiento esperado: 1 s Con válvula de estrangulación de retención Regulación básica del actuador: Longitud de carrera requerida 650mm Ángulo de instalación 90 ° Dirección del movimiento Retirar Abastecimiento de aire comprimido: Presión de funcionamiento 6 bar Largo del tubo flexible 1 m Regulaciones de la carga: Masa en movimiento 3 Kg


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7.2.2.1 Selección y simulación del sistema: Accionamiento 1 x DNC-32-650-PPV-A Válvula de estrangulación de retención GRLA-1/8-NPT-RS-B Tubo flexible PUN-6x1-BL Silenciador U-1/8

Tabla 36. Resultados del Actuador B.

Tiempo total de posicionamiento 1.05 s Velocidad promedio 0.63 m/s Velocidad de impacto 0.14 m/s Máx. velocidad 0.81 m/s Energía dinámica de impacto 0.04 J Velocidad media del aire 52.54 m/s Consumo de aire mínimo 3.1965 l

Fuente. Datos obtenidos de la Simulación.



Fuente. Festo. Programa Propneu. En el diagrama anterior la línea azul indica el recorrido del vástago en función del tiempo, gracias a esta grafica se puede afirmar que para realizar el recorrido de 65 cm aproximadamente tarda 1 segundo, para el caso del


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actuador B utilizado en este proyecto se realizan dos recorridos dependiendo de la cantidad de pañales a empacar.


Fuente. Festo. Programa Propneu. . Resultados del actuador contraído: Parámetros del Sistema Tiempo de posicionamiento esperado: 1 s Regulación básica del actuador: Longitud de carrera requerida 650mm Ángulo de instalación 90 ° Dirección del movimiento Extender Abastecimiento de aire comprimido: Presión de funcionamiento 6 bar Largo del tubo flexible 1 m Regulaciones de la carga: Masa en movimiento 3 Kg Selección y simulación del sistema Accionamiento 1 x DNC-32-650-PPV-A Tubo flexible PUN-6x1-BL Silenciador U-1/8


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Tabla 37. Datos obtenidos de la Simulación.

Tiempo total de posicionamiento 0.6 s Velocidad promedio 1.07 m/sVelocidad de impacto 1.23 m/s Máx. velocidad 1.56 m/s Energía dinámica de impacto 3.25 J Velocidad media del aire 87.83 m/s Consumo de aire mínimo 3.7053 l






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Diagrama 8 Diagrama aceleración/tiempo

Fuente. Festo. Programa Propneu. . 7.2.2.1 Actuador A y B Actuadores Normalizados DNC-32- -PPV-A.

Figura 14. Actuador DNC-32--PPV-A

Fuente. Festo.


73

Tabla 38. Características actuador DNC-32--PPV-A

CRITERIO CARACTERÍSTICA Carrera 2 - 2000 mmDiámetro del émbolo 32 mm Rosca del vástago M10x1,25

Amortiguación PPV: Amortiguacion neumatica regulable en ambos lados

Corresponde a la norma ISO 15552 ISO 6431, NF E49 003.1, UNI 10290)

Extremo del vástago Rosca exterior Detección de la posición Para detectores de posición Presión de funcionamiento 0,6 – 12 bar Forma de funcionamiento De efecto doble Fluido Aire seco, lubricado o sin lubricado Clase de resistencia a la corrosión KBK 1 2Temperatura ambiente -20 – 80 °C Energía del impacto en las posiciones finales 0,1 J

Carrera de amortiguación 20 mm Fuerza teórica con 6 bar, retroceso 415 N Fuerza teórica con 6 bar, avance 483 N Masa móvil con carrera de 0 mm 162 g Peso adicional por 10 mm de carrera 30 g Peso básico con carrera de 0 mm 517 g Masa adicional por 10 mm de carrera 9 g Conexión neumática G1/8

1. Clase de resistencia a la corrosión 2 según norma de Festo 940 070. Válida para piezas expuestas

a gran peligro de corrosión. Piezas exteriores en contacto directo con substancias usuales en entornos industriales, tales como disolventes, detergentes o lubricantes, con superficies principalmente decorativas.

Fuente. Festo.

• Los detectores de posición pueden montarse ocultos en ranuras en tres

lados del cilindro. • El diseño moderno y compacto permite ahorrar hasta un 11% de espacio de

montaje en comparación con actuadores normalizados convencionales. Por ello, la máquina también puede ser más compacta.


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Diagrama 9. Descripción del código del producto

Fuente. Catálogo Festo.

Figura 15. Fuerza transversal Fq en función de la carrera l.

Fuente. Catálogo Festo.


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Q: Vástago cuadrado ∅ 32 La fuerza transversal que actúa solamente sobre el actuador A Fq = 3N

Figura 16. Vista en sección del Actuador.

Fuente. Festo.

Tabla 39. Descripción de los materiales del actuador. Camisa del actuador Aleación forjada de aluminio

anodizado liso Culatas anterior y posterior Fundición inyectada de aluminio

Vástago Acero de aleación fina – Juntas Poliuretano, caucho nitrílico

Fuente. Festo.


76

Figura 17. Dimensiones del actuador.

Fuente. Festo.

Tabla 40. Dimensiones. ∅ [mm]

AM B ∅ d11

BG E EE J2 TT J3 KK L1 L2

32 22 30 16 45 G1/8 6 5,2 M10x1,25 18 94

Fuente. Festo.

Tabla 41. Dimensiones. ∅ [mm]

L7 MM ∅

PL RT TG VA VD WH ZJ

32 3,3 12 15,6 M6 32,5 4 10 26 120 10 16 6

Fuente. Festo.


77

7.2.3 Elección del actuador C Tipo de actuador: Actuador lineal

Figura 18. Simbología de un actuador lineal

Fuente. Festo.

Parámetros del Sistema • Pequeño y optimizado. • Tamaño: DGC 8/12. • Instalación sencilla: acceso a todos los elementos de mando desde un

lado. • Guía G: ejecución básica y económica. • Amortiguadores opcionales, montados en la culata. • Sección a partir de 32 x 26 mm. Alineación del accionamiento lineal Vertical. • La carga debe ser mantenida mediante la presión de funcionamiento. • El peso y la fuerza de inercia actúan durante la desaceleración sobre la

amortiguación de fin de carrera. • El cálculo de la carga de la guía se realiza en el instante de la mayor

desaceleración en el final de carrera.


78

Figura 19. Entrada de las cargas.

Fuente. Festo. Mediante masa Masa: 3 Kg Datos de entrada. Alineación del actuador Vertical

Figura 20. Vista frontal

Tabla 42. Cargas del carro Lx [mm] Ly [mm] Lz [mm] Fx [N] Fy [N] Fz [N] m [kg] Observaciones 0 320 -130 - - - 0,30 Masa1

Fuente. Festo.


79

Lx, Ly, Lz: Distancia/Brazo de palanca. Fx, Fy, Fz: Componentes de la fuerza. m : Masa propia.

Figura 21. Vistas superior y lateral.

Fuente. Festo.

Figura 22. Carga estática.

Fuente. Festo.


80

Figura 23. Carga dinámica.

Fuente. Festo.

Figura 24. Carga estática + dinámica.

Fuente. Festo.


81

7.2.3.1 Actuador lineal C DGC-12. Foto 3. Actuador C tipo DGC.

Fuente. Festo.

Tabla 43. Datos del actuador C.

CRITERIO CARACTERISTICAS Diámetro del embolo 12 Carrera (mm) 1-2000 Conexión neumática M5 Funcionamiento Doble efecto Construcción Actuador sin vástago Guía Ejecución básica Posición de montaje Indistinta Detección de posiciones Para detectores de posición Velocidad máxima (m/s) 1,2 Presión de funcionamiento (bar) 2.5-8 Fluido Aire comprimido filtrado, con o

sin lubricación Temperatura ambiente1) (oC) -10_+60 Clase de resistencia a la corrosion2) 2 Fuerza teórica con 6 bar 68 Energía de impacto en las posiciones finales

1/3.1-15

Peso básico con carrera de 0 mm 290 Peso adicional por 10 mm de carrera 12 Masas móvil 65 Fymáx. [N] 300 Fzmáx. [N] 300 Mxmáx. [Nm] 1.3 Mymáx. [Nm] 5 Mzmáx. [Nm] 5


82

Fuente. Festo. Figura 25. Velocidad v máxima admisible del émbolo en función de la carga útil diámetro del émbolo de

8/12 con amortiguación P.

Fuente. Festo.

Diagrama 10. Descripción del código del producto

Fuente. Festo.


83

Figura 26. Vista en sección.

Fuente. Festo.

Tabla 44. Materiales.

Carril de guía Aluminio anodizado

Carro Aluminio anodizado

Culata posterior Aluminio anodizado

Camisa del actuador Aluminio anodizado

-Segmento Poliuretano -Cinta selladora / Cinta de recubrimiento

Poliuretano

-Elementos de deslizamiento poliacetal

Figura 27. Dimensiones ∅ 12.


84

Fuente. Festo.

Tabla 45. Dimensiones.

D [mm]

B1 B2 B4 B5 B6 B7 B8 ±0,05

B9 ±0,1

B13 D2 � H8

D6 EE

12 25 26 25,5

18,6 11,7 3 6 3,2 20,5 2 M3 M5

Fuente. Festo.

Tabla 46. Dimensiones.

D [mm]

H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H9 H10 J4 L1 +0,5/ –0,4

L2

12 32 23 29 8,5 11,7 16,5 4,5 12,3 8,7 2,2 100 50,1

Fuente. Festo.

Tabla 47. Dimensiones. D [mm]

L3 L5 L6 L17 T1 T2 T3 Tolerancia de la carrera

P YSR YSRW

12 6 11,5 0 16 16,2 52 5 2 4 0 … 1,7

Fuente. Festo.


85

Figura 28. Tubo perfilado.

Fuente. Festo.

7.2.4 Datos de cada actuador después de escogerlos Actuador A: • Carrera: 650 mm. • Código: DNC-32-650-PPV-A. • Masa total: 750 gramos. • Peso total: 2467 gramos. Actuador B: • Carrera: 750 mm. • Código: DNC-32-750-PPV-A. • Peso total: 2767 gramos. • Masa total: 837 gramos. Actuador C: • Carrera: 240 mm. • Código: DGC-12-240-G-P-A. • Amortiguación: Amortiguación elástica sin posibilidad de regulación. • Guía: guía básica. Peso total: • Velocidad del actuador suponiendo una masa de 300 gr según la figura 25

v =0.25 m/s. • La fuerza para una longitud de 240 mm de carrera y un diámetro de 12 mm

del actuador lineal según la grafica 81 es equivalente a 500 N.


86

7.3 SENSORES 7.3.1 Sensor inductivo SME-8-K-LED-24.

Figura 29. Sensor inductivo SME-8-K-LED-24 y simbología.

Fuente. Festo.

Tabla 48. Características del sensor inductivo SME-8-K-LED-24.

CRITERIO CARACTERÍSTICA

Margen de tensión de funcionamiento DC 12 - 30 V Salida bipolar, con contacto Corriente máxima de salida 500 mA Longitud del cable 2,5 m Construcción para ranura en T Anticortocircuitaje no Polos inconfundibles no Indicación del estado LED amarillo

Tipo de protección IP65IP67

Temperatura ambiente con cableado móvil -5 - 60 °C

Temperatura ambiente -30 - 60 °C Peso del producto 30 g Tipo de fijación aprisionado con ranura en T

Fuente. Festo.

El detector se monta en el actuador mecánicamente y, a continuación, se procede a su fijación en la posición deseada. Una vez que el émbolo del actuador llega a esa posición, cambia el estado de conmutación.


87

7.3.2 Sensor optoelectronico SOEG-RSP-M12-PS-K-2L.

Figura 30. SOEG-RSP-M12-PS-K-2L.

Fuente. Festo.

Tabla 49. Características

CRITERIO CARACTERÍSTICA Método de medición barrera de luz por reflexión Tipo de luz Rojo, polarizado Tamańo M12 Alcance 1500 mm Salida PNP Función del elemento de conmutación Conmutación en oscuridad Construcción redondo Corresponde a la norma DIN EN 60947-5-2 Magnitud de la medición Posición Principio de medición optoelectrónico Indicación de reserva de funcionamiento LED verde Indicación del estado LED amarillo Margen de tensión de funcionamiento DC 10 - 36 V Intensidad en reposo 15 mA Corriente máxima de salida 200 mA Clase de resistencia a la corrosión KBK 2 Tipo de protección IP65 IP67 Temperatura ambiente con cableado móvil -5 - 55 °C Temperatura ambiente -25 - 55 °C Peso del producto 100 g Longitud del cable 2,5 m Tipo de fijación Con contratuerca

Fuente. Festo.


88

Procedimiento de medición: • Detectores de reflexión de luz. Estos detectores procesan la luz que se

refleja en la pieza. Por ello, no es necesario disponer de un reflector. Dado que las piezas claras y oscuras absorben diferentes cantidades de luz, los detectores energéticos pueden tener problemas en aplicaciones críticas. En este caso se utilizan detectores con exclusión de la luz de fondo. Estos detectores permiten un funcionamiento fiable, sin importar la superficie y el color de la pieza

Funciones de conmutación: • Conmutación en fase oscura. La función de “conmutación en fase oscura”

significa que la salida correspondiente recibe corriente (paso abierto) si el receptor no recibe luz. Esta situación corresponde a la función de un interruptor normalmente cerrado (N.C.).

Reserva de funcionamiento. La reserva de funcionamiento es un criterio que expresa el rendimiento excedente por la luz que llega a la zona de entrada y que se evalúa por el receptor. El ensuciamiento, la modificación del factor de reflexión de la pieza y el envejecimiento del diodo emisor pueden tener como consecuencia una reducción de la reserva de funcionamiento, de modo que ya no se puede garantizar un funcionamiento fiable. Algunas unidades cuentan con un segundo LED (verde) que se ilumina cuando se aprovechan, como máximo, 80 por ciento del alcance disponible. Otras unidades cuentan con un diodo de color amarillo para ese fin o, también pueden tener un diodo rojo adicional que se enciende si la reserva es demasiado pequeña. De esta manera es posible detectar a tiempo un funcionamiento poco fiable. Conductor de luz. Un conductor de luz puede estar constituido por un haz de fibras de vidrio o por una o varias fibras de material sintético. El conductor de luz permite la refracción de la luz también en curvas. Ello es posible gracias a la reflexión total. La reflexión total siempre es posible si la luz proviene de un material de mayor índice de refracción y llega a una superficie de menor índice de refracción, de tal modo que no se llega al ángulo límite de la reflexión total. Las fibras están compuestas de su núcleo (con mayor índice de refracción) y un recubrimiento (de mayor índice), por lo que la luz se refleja constantemente y puede avanzar a lo largo de curvaturas.


89

7.4 SISTEMA CORREDIZO 7.4.1 Rodillos Guía-Perfilados LFR50/5-KDD-4. De dos hileras, obturación por paso estrecho en ambos lados.

Figura 31. Rodillos Guía-Perfilados.

Fuente. Ina Fag.

Tabla 50. Rodillos Guía-Perfilados LFR50/5-KDD-4.

D 5 mm Dmax 16 mm

B 8 mm AT 9 mm C 7 mm d2 7.9 mmds 4 mm rmin 0.2 mm M 0.01 kg peso

Crw 1200 N capacidad de carga dinámica efectiva (radial) como rodillo-guía

Corw 860 N capacidad de carga estática efectiva (radial) como rodillo-guía

Cuw 37 N carga límite de fatiga

Fuente. Ina Fag.


90

Los carros y los carriles se utilizaron para tener una idea de cómo funcionaria el sistema, estos fueron rediseñados y en vez de tener 4 rodillos tiene sólo dos, de mitad del tamaño.

7.4.2 Carros LFL20-SF. Carro abierto, ejecución estándar, sin juego; ejecución con posible protección anticorrosivo.

Figura 32. Carros LFL20..-SF.

Fuente. Ina Fag.

Tabla 51. Tamaño Carros LFL20-SF.

LFL20-SF H1 mm

A mm

C mm

20.5 mm 55 mm 50 mm

Fuente. Ina Fag.


91

Figura 33. Carros LFL20-SF.

Fuente. Ina Fag.

Figura 34. Carros LFL20-SF.

Fuente. Ina Fag.


92

Tabla 52. Características Carros LFL20-SF.

H1 20.5 mm A 55 mm C 50 mm A1 40 mm tolerancia +/-0.2 A2 34 mm C2 24 mm C3 38 mm H 22 mm H2 13 mm H3 9 mm

LFL32-SF con LSF32-F = 25.5 mm LFL32-SF con LSF32 -N= 35.5 mm 20.5 mm

K3 M3 agujero desde abajo para AB.LFL20 K4 M5

Fuente. Ina Fag.

7.4.3 Carriles-Soporte LFS20-CE.

Figura 35. Carriles-Soporte LFS20-CE.

Fuente. Ina Fag.

Tabla 53. Tamaño Carriles-soporte LFS20.-CE.

LFS20-CE h Mm

a mm

L mm

20 42 8000

Fuente. Ina Fag.


93

Figura 36 . Carriles-soporte LFS20-CE.

Fuente. Ina Fag. .

Figura 37. Carriles-soporte LFS20-CE

Fuente. Ina Fag.


94

Tabla 54. Características Carriles-soporte LFS20.-CE.

h 20 mm a 42 mm L 8000 mm Longitud máxima L del carril-guía; mas

largos se suministran en varios tramos, convenientemente marcados.

a1 28 mm a2 32 mm C4 62.5 mm

C5max 51 mm C5 y C6 dependen de la longitud L de carril-guía

C5min 12 mm C5 y C6 dependen de la longitud L de carril-guía

C6max 51 mm C5 y C6 dependen de la longitud L de carril-guía

C6min 12 mm C5 y C6 dependen de la longitud L de carril-guía

DLW 10 mm ez 10.1 mm h3 8 mm Con el uso de arandelas especiales DIN

433 se recomiendan tornillos DIN 6 912 h4 12.6 mm K1 9 mm Con carga máxima Fzo Foz se requieren

arandelas especiales DIN 433 y el momento máximo

K2 15 mm LFQ 358 mm2 Valor para la zona de la sección IY 33929 mm4

IZ 14062 mm4

WY 1858 mm3

WZ 1391 mm3

ms 2200 g/m Peso del carril-soporte EM 72000

N/mm2 Valor para el modulo elástico.

Ejecuciones resistentes a la corrosión, sufijo RB

Fuente. Ina Fag.


95

7.4.4 Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFZ5.

Figura 38. Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFZ5.

Fuente. Ina Fag.

Tabla 55. Tamaño Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFR.

LFZ5 d mm

K1 C1 mm

5 M4 19,5

Fuente. Ina Fag.

Figura 39. Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFR.

Fuente. Ina Fag.


96

Tabla 56. Características Pernos Concéntricos para Rodillos – Guía LFR.

d 5 mm K1 M4 C1 19.5 mm C2 16 mm C3 9.5 mm SW 3 mm Hexágono interior,

diámetro exterior de la cabeza 10 mm

m 0.01 kg peso

Fuente. Ina Fag.

Ver Anexo A. Características de los Rodillos. Página 139. 7.5 PLC FEC-FC600-FST

Figura 40. Unidad de control FEC-FC600-FST.

Fuente. Festo.


97

Tabla 57. Características Unidad de Control 191449 FEC-FC600-FST.

CRITERIO CARACTERÍSTICA Tensión de funcionamiento 24 VDC +25% / -15%Consumo de corriente 200 mA nominal a los 24 VDC Tensión de alimentación del cable 10 m Temperatura ambiente 0 - 55 °C Temperatura de almacenamiento -25 - 70 °C Tipo de protección IP20 Peso del producto 480 gConmutador RUN/STOP Sí conexiones eléctricas E/S Técnica de muelle de tracción Indicadores de estado LED Número de entradas digitales 32 Salidas digitales, número 16 Conexiones en serie, utilización RS232C Necesidad de SM14 o SM15 Conexiones en serie, propiedades COM / EXT Nivel TTL, sin aislamiento eléctrico

Programación, lenguaje AWL, KOP Programación, número de temporizadores (estado, valor real, valor teórico) 256

Programación, número de contadores (estado, valor real, valor teórico) 256

Programación, soporte de C/C++ Sí Programación, soporte de manipulación de datos Sí

Fuente. Festo.

Controles. Están basados en la arquitectura PC – es decir, incluyen servidor web y Ethernet. Así, los controles FEC ejecutan las funciones de un PLC y funciones de comunicación hasta la red de control. Esto permite ampliar y hacer modificaciones, lo que sería impensable con sistemas convencionales. Los controles de la serie FEC pueden ser analógicos o digitales, tienen una fácil instalación, basada en PC, poseen solución independiente y puede conectarse en red a través de Ethernet o Internet, funcionan a 24 V DC. Mecánica. El FEC tiene una abrazadera para montaje en perfil DIN y conexiones roscadas para placas de montaje. Todas las conexiones son accesibles desde delante; no es necesario prever espacio adicional para conexiones en la parte superior o inferior.


98

Foto 4. Principio de funcionamiento del FEC Standard.

Fuente. Festo.

Numeración:

16 entradas digitales por unidad, 24 V DC, conexión a positivo. Opcionalmente: 3 entradas analógicas / 1 salida analógica. 8 salidas digitales por unidad. Alimentación de tensión. Conmutador RUN/STOP. 2 interfaces serie, Ethernet opcional.


99

7.6 PANTALLA Y TECLADO FED-50.

Foto 5. Unidad de indicación y control

Fuente. Festo.

Tabla 58. Características Unidad de indicación y control FED-50.

CRITERIO CARACTERÍSTICA Intensidad máx. en panel frontal 5 mm Alarmas 1024 Memoria de usuario 512 kByte Cantidad de LED de usuario 5 Cantidad de teclas funcionales 4 Cantidad de teclas del sistema 7 Reloj de tiempo real Sí listas de sucesos 256 Memoria de mezclas 16 kByte Tipo de display 2 x 20 símbolos LCD con iluminación de fondo Batería de reserva 3 V / 270 mA litio Resolución del display 120x32 Pixel Software de programación Diseñador FED 6.0 o superior

Tipo de protección IP65 montaje frontal, IP20 montaje trasero

Temperatura ambiente 0 - 50 °C Peso del producto 530 g Interface para PC RS232 Interface PLC RS232

Interface Ethernet RJ45 (con adaptador para puerto AUX)


100

Interface hombre-máquina para tareas de control o de automatización sencillas a pie de máquina. Los displays front-end establecen nuevos estándares para funcionalidad de integración. El display front-end FED-50 es el interface entre el hombre y la máquina. Visualiza secuencias de programa y permite la intervención

Robustos y de múltiples funciones: Se utiliza para visualizar las secuencias de ejecución del programa y permite al operador introducir datos y órdenes de modo muy sencillo. Las funciones de la unidad FED. Comunicación. La unidad FED puede comunicar con la unidad de control a través de la interface serie y, a través de Ethernet, con el protocolo EasyIP. Ello significa que es parte del sistema de unidades descentralizadas incluidas en una red. Si es necesario, también es posible cargar los dos controladores (protocolo doble). Así, la unidad FED se transforma en el gateway entre una unidad de control conectada a la interface serie y una red EasyIP. La unidad FED-90 también puede utilizarse para aplicaciones más complejas con comunicación mediante módem y para transmitir señales provenientes de un PC hacia las unidades de control conectadas. Memoria. Las unidades FED tienen una capacidad de memoria muy amplia. Pero la memoria de la unidad FED ofrece más, ya que es capaz de memorizar también los datos que se cargan a las unidades de control o que provienen de éstas. Ello significa que hace las veces de ampliación de la memoria del FEC, una seguridad adicional en caso de un fallo de la red eléctrica. Así mismo, también memoriza las indicaciones de alarma con la hora correspondiente. De este modo siempre es posible determinar cuándo apareció un fallo en la máquina y de qué tipo era. La unidad FED también memoriza todas las características del proyecto, con lo que es posible recurrir a los datos correspondientes al efectuar el mantenimiento. De esta manera se dispone siempre de una versión actualizada. Seguridad. Todas las funciones pueden protegerse con un código personal para evitar modificaciones por personas no autorizadas. El personal encargado del servicio técnico suele tener derechos de acceso diferentes al operario, por lo que es posible activar hasta ocho niveles de códigos personales. También puede definirse un código personal para la función de actualización del


101

proyecto. De esta manera se mantiene el carácter confidencial de los datos técnicos. Varios idiomas. Los proyectos redactados en diversos idiomas no constituyen problema alguno para la unidad FED, ya que es posible cambiar de idioma de modo sencillo y en cualquier momento. Además, para que el trabajo sea más sencillo, todos los textos pueden exportarse para procesarlos en un programa de hojas de cálculo. Ello significa que el proyecto puede traducirse de modo muy sencillo, también sin recurrir al software FED Designer.

Figura 41. Indicaciones y elementos de mando.

Fuente. Festo. Descripción Numeración:

LED del sistema.

Teclas de funciones.

Pantalla LCD.

Teclas del sistema y de navegación .


102

Figura 42. Elementos Internos.

Fuente. Festo. Descripción Numeración:

Interface AUX (ocupación de las clavijas en función del módulo de comunicación).

Interface PC/PLC.

Alimentación de tensión.

Borne de conexión a tierra.


103

8. ACCESORIOS

8.1 TUBO FLEXIBLE DE MATERIAL SINTÉTICO PUN-6X1-BL.

Foto 6. Tubo flexible de material sintético PUN-6x1-BL.

Fuente. Festo.

Tabla 59. Características Tubo de material sintético PUN-6x1-BL.

CRITERIO CARACTERÍSTICA Diámetro exterior 6 mm Radio de flexión relevante para el caudal 26,5 mm

Diámetro interior 4 mm Radio máximo de curvatura 14 mm Presión de funcionamiento en función de la temperatura -0,95 - 10 bar

Fluido Aire comprimido filtrado Temperatura ambiente -35 - 60 °C Peso del producto según la longitud 0,192 kg/m Color Azul

Fuente. Festo.


104

El tubo de poliuretano es muy resistente a la abrasión, presión y desgaste; ofrece una destacada resistencia a los dobleces, excelente resistencia a la tracción y al desgarro, muy buena capacidad de amortiguamiento y flexibilidad en temperaturas. También es muy resistente a aceite, grasa, oxígeno y ozono. La deformación se mantiene al mínimo incluso bajo cargas de larga duración. 8.2 ELECTROVÁLVULA MFH-5/3B-1/8-B.

Figura 43. Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B.

Fuente. Festo.

Figura 44. Simbología de la Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B.

Fuente. Festo.


105

Tabla 60. Características Electroválvula MFH-5/3B-1/8-B.

CRITERIO CARACTERISTICA Función de las válvulas 5/3 a presión Tipo de accionamiento Eléctrico Caudal nominal normal 1000 l/min Presión de funcionamiento 3 - 10 bar Construcción Corredera Tipo de reposición muelle mecánico Diámetro nominal 8 mm Alimentación del aire de control Interno

Fluido Aire comprimido filtrado, grado de filtración 40 µm, lubrificado o sin lubrificar

Temperatura del medio -10 - 60 °C Temperatura ambiente -5 - 40 °C Peso del producto 400 g

Conexión eléctrica a través de bobina F, pedir por separado

Conexión neumática 1 G1/8 Conexión neumática 2 G1/8 Conexión neumática 3 G1/8 Conexión neumática 4 G1/8 Conexión neumática 5 G1/8

Fuente. Festo.


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8.2.1 Bobina MSFG-24DC/42AC-DS

Foto 7 Imagen de la bobina

Fuente: Festo

Tabla 61 Características Bobina MSFG-24DC/42AC-DS

CRITERIO CARACTERISTICA Valores característicos de las bobinas 24V DC: 4,5W Fluctuación de tensión permisible +/- 10 % Tipo de protección IP65 Par de apriete máximo del conector tipo zócalo 0,4 Nm Peso del producto 55 g Conexión eléctrica Forma A Tipo de fijación Con tuerca moleteada

8.3 SILENCIADORES 2307 - U-1/8.

Foto 8. Imagen del producto.

Fuente. Festo.


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Los silenciadores se utilizan para reducir el nivel de ruido en los escapes de las válvulas.

Figura 45. Dimensiones.

Fuente. Festo.

Tabla 62. Datos técnicos y referencias. Conexión neumática

D1

Nivel de

ruido 1) [dB (A)]

Diámetro nominal

[mm]

Caudal nomina normal

2) [l/min]]

Peso[g]

D2 �

L1 L2 Nº de art. Tipo

PE*

G1/8 < 77 6,4 2 050 2 15,2 35,9 5,5 2 307 U-1/8

1

534 222 U-1/8-50

50

Fuente. Festo.

8.4 RACOR RÁPIDO ROSCADO QS-1/8-8.

Foto 9. Racor QS-1/8-8.

Fuente. Festo.


108

Tabla 63. Características Racor QS-1/8-8.

CRITERIO CARACTERÍSTICA Tamaño EstándarDiámetro nominal 5 mm Tipo de junta del eje atornillable Recubrimiento Posición de montaje Indistinto Presión de funcionamiento -0,95 - 10 bar Presión de funcionamiento en función de la temperatura -0,95 - 14 bar

Fluido Aire comprimido filtrado Temperatura ambiente -10 - 80 °C Par de apriete máximo 7 NmPeso del producto 15 g Color del anillo extractor Azul

Fuente. Festo.

8.5 VÁLVULA DE ESTRANGULACIÓN Y ANTIRRETORNO GRLA-1/8-QS-6-RS-B. Se usan para regular el escape de aire en actuadores de doble efecto. El aire fluye libremente en el otro sentido a través de la válvula de antirretorno con la plena sección de paso

Figura 46. Válvula estranguladora GRLA-1/8-QS-6-RS-B y simbología

Fuente. Festo.


109

Tabla 64. Características Válvula estranguladora GRLA-1/8-QS-6-RS-B.

CRITERIO CARACTERÍSTICA

Función de las válvulas Válvula reguladora de caudal, antirretorno del escape

Conexión neumática 1 QS-6 Conexión neumática 2 G1/8 Tipo de accionamiento Manual Elemento de ajuste Tornillo moleteado Tipo de fijación Atornillable Caudal nominal normal en el sentido de la estrangulación 520 l/min

Caudal nominal normal en el sentido del antirretorno 400 - 550 l/min

Presión de funcionamiento 0,2 - 10 bar Temperatura ambiente -10 - 60 °C

Fluido Aire comprimido filtrado, sin lubricar, grado de filtración de 40 µm

Par de apriete máximo 4 Nm Peso del producto 25 g

Fuente. Festo.

8.6 Fuente de poder.

Foto 10 Fuente de poder 24 V

Fuente www.solaheviduty.com


110

Datos Técnicos Entrada • Voltaje nominal: 115/230 VAC auto-seleccionable • Factor de Potencia (PFC): según se requiere para cumplir con EN61000-3-2 Salida • Voltaje nominal: 24V (22.5-28.5VDC Ajust.) • Ajuste Inicial de Voltaje: 24.5V ± 1% • Rizo: < 50mVpp • Protección de sobre voltaje: < 33VDC Datos Ambientales Temperatura Ambiente • Almacenamiento/Embarque -25°C…+85°C • Carga nominal completa -10°C…+60°C • Capacidad Normal Reducida +60°C…+70°C Grado de Protección: IP20 (EN60529), Protege la unidad contra la humedad (y condensación) Instalación Fusibles Entrada Fusibles Internos. Montaje Se adapta de manera sencilla en sistema Riel DIN TS35/7.5 ó Sistema TS35/15. La unidad debe soportar un golpe normal y vibración de uso industrial y transportación sin caer del riel. Conexiones Terminales de entrada con tornillo, rango de tamaño del conector: 16-10AWG (1.5-6mm2) para conductores sólidos. Salida: Dos terminales por salida, rango de tamaño del conector: 16-10AWG (1.5-6mm2) para conductores sólidos.


111

9. DISEÑO INGENIERIL 9.1 PROGRAMACIÓN 9.1.1 Programa Unidad de control FED50. La unidad de indicación y control consta de una pantalla y un teclado como se muestra en la siguiente imagen.

Figura 47 Pantalla y Teclado

Fuente. Festo.

Los botones de la pantalla son: • F1 – F2 – F3 – F4 – Clear – Enter – Info - ← - ↑ - → - ↓. • Tiene 9 bombillos led. El programa realizado para este proyecto en el software FED Designer consta de las siguientes pantallas.


112

Figura 48 Pantalla Inicial FED Designer.

Fuente. Software FED Designer.

Esta pantalla se mostrará cada vez que se encienda la máquina, para poder ingresar al programa se debe oprimir el botón Enter.

Figura 49 Pantalla 1 FED Designer.


Esta pantalla muestra varias opciones, y se muestra después de oprimir Enter en la anterior pantalla, estas son: • Al oprimir la tecla F1 se accede a la pantalla 2 en la cual se puede modificar

el número de pañales que se desean empacar. • Al oprimir la tecla F2 se accede a la pantalla 3 donde se pueden modificar

los datos de los pañales. • Al oprimir la tecla F3 se accede a la pantalla 4 donde se pueden visualizar

los datos que en ese momento están guardados en la unidad. • Al oprimir la tecla F4 se accede a la pantalla inicial.


113


Fuente. Software FED Designer. En esta página se modifica el número de pañales que se van a empacar en el momento de usar la máquina con los botones ↓↑ después de modificar este dato, que va máximo hasta 30, se debe oprimir la tecla enter para que la máquina empiece a funcionar. Al oprimir la tecla F1 se devuelve a la pantalla inicial.


Fuente. Software FED Designer. En esta pantalla existen tres variables que se pueden modificar. • Al oprimir el botón F1 se puede modificar el número de pañales y el tamaño

de la bolsa accediendo a la pantalla 5. • Al oprimir el botón F2 se puede modificar la fecha y la hora accediendo a la

pantalla 6. • Al oprimir el botón F3 se accede a la pantalla inicial.


114



En esta pantalla se pueden observar los datos que están guardados utilizando los botones ↑↓ los únicos datos que cambian al utilizar esos botones son # pañales y tamaño bolsa, para borrar algún dato se coloca en la pantalla y se oprime la tecla Clear. Al oprimir la tecla F1 se devuelve a la pantalla inicial.


Fuente. Software FED Designer. El número de pañales significa las cantidades de pañales que se empacan normalmente, debido a que el tamaño de la bolsa depende de la cantidad de pañales que se empaquen y del grosor de estos, este dato también se puede modificar, para cambiar el valor de los datos se utilizan las teclas → ← para cambiar de # pañales a tamaño bolsa o viceversa, y los botones ↓↑ para modificar el valor de cada opción. Para guardar los datos se oprime la tecla Enter.


115

Figura 54 Pantalla 6.

Fuente. Software FED Designer. En esta pantalla se modifica la hora y la fecha para escoger si se va a modificar la hora o la fecha se utiliza las teclas ↓↑ y para cambiar los datos se usan las teclas → ←. Al oprimir la tecla F1 se muestra la pantalla inicial. Con este programa y teniendo en cuenta que el dato de la cantidad de pañales queda guardado en un registrito de la memoria del PLC llamado R0 se realizó el programa del PLC con el software FST. 4, como se observa a continuación: 9.1.2 Programa PLC. STEP acomoda IF Star 'Inicio THEN SET O0.1 'Cilindro A- RESET O0.0 'Cilindro A+ SET O0.2 'Cilindro B+ RESET O0.3 'Cilindro B- SET O0.4 'Cilindro C+ RESET O0.5 'Cilindro C- LOAD I0.0 'Sensor de Conteo TO C0 STEP prueba IF I0.7 'Sensor Cilindro B Final THEN RESET O0.2 'Cilindro B+ IF I0.3 'Sensor Cilindro A inicial THEN RESET O0.1 'Cilindro A- IF I1.1 'Sensor Cilindro C Final


116

THEN RESET O0.4 'Cilindro C+ OTHRW LOAD V1 TO R0 'Registro FED50 STEP Inicio IF I0.7 'Sensor Cilindro B Final AND I0.3 'Sensor Cilindro A inicial AND I1.1 'Sensor Cilindro C Final THEN SET B_menos 'Cilindro B- STEP saca_tech IF CP0 'Cuenta los pañales OR I0.6 'Sensor Cilindro B inicial THEN RESET B_menos 'Cilindro B- SET A_mas 'Cilindro A+ STEP comprimir IF I0.4 'Sensor Cilindro A 240mm THEN RESET A_mas 'Cilindro A+ SET B_mas 'Cilindro B+ SET C_menos 'Cilindro C- STEP aco_carri IF I0.1 'Sensor Cilindro B posicionamiento THEN RESET B_mas 'Cilindro B+ IF I0.2 'Sensor cilindro C posicionamiento THEN RESET C_menos 'Cilindro C- STEP empujar IF I0.1 'Sensor Cilindro B posicionamiento AND I0.2 'Sensor cilindro C posicionamiento THEN SET A_mas 'Cilindro A+ STEP parar IF I0.5 'Sensor Cilindro A Final THEN RESET A_mas 'Cilindro A+ SET A_menos 'Cilindro A- STEP acomodar IF I0.4 'Sensor Cilindro A 240mm THEN SET B_mas 'Cilindro B+


117

SET C_mas 'Cilindro C+ STEP Final IF I0.7 'Sensor Cilindro B Final THEN RESET B_mas 'Cilindro B+ IF I1.1 'Sensor Cilindro C Final THEN RESET C_mas 'Cilindro C+ STEP volver IF I1.1 'Sensor Cilindro C Final AND I0.7 'Sensor Cilindro B Final AND I0.3 'Sensor Cilindro A inicial THEN JMP TO inicio La conexión de los sensores válvulas y unidad de control se muestra continuación: O0.0 A_mas Cilindro A+ O0.1 A_menos Cilindro A- O0.2 B_mas Cilindro B+ O0.3 B_menos Cilindro B- O0.4 C_mas Cilindro C+ O0.5 C_menos Cilindro C- I0.0 S_Optico Sensor de Conteo I0.1 S_contact Sensor Cilindro B posicionamiento I0.2 S_contac2 Sensor cilindro C posicionamiento I0.3 S_pos_1 Sensor Cilindro A inicial I0.4 S_pos_2 Sensor Cilindro A 240mm I0.5 S_pos_3 Sensor Cilindro A Final I0.6 S_pos_4 Sensor Cilindro B inicial I0.7 S_pos_5 Sensor Cilindro B Final I1.0 S_pos_6 Sensor Cilindro C inicial I1.1 S_pos_7 Sensor Cilindro C Final I1.2 Star Inicio I1.3 Paro_emer Paro de emergencia R0 Carga_Pan Registro FED50 R1 registro Registro fed50 C0 CP0 Conteo Cuenta los pañales CW0


118

9.2 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA MECANICA DE LA MAQUINA 9.2.1 Cálculos estáticos

Grafico 2 Distribución de fuerzas en la viga


119

Grafico 3. Diagrama de máxima fuerza cortante

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1 2 3

V


120

Grafico 4. Máximo momento flexionante

9.2.2 Selección del perfil Para la selección del material del cual va a estar fabricado el perfil se escogió un acero estructural A36 por sus características.


121

De acuerdo con la tabla E8 de la pagina 1188 del libro diseño en ingeniería mecánica de Shigley, se ubica un modulo de sección para un perfil que sea tubular que se aproxime al obtenido y que sea mayor.


122

Para el desarrollo de la estructura se tomó un factor de seguridad de 1.5 debido al tipo de aplicación, esto garantiza que la máquina va a estar diseñada por encima del límite de resistencia de la misma. Con los datos adquiridos se calculo el esfuerzo flexionante es este dio un valor de 248.211MPa, este valor no supera el esfuerzo último del material por esta razón se puede asegurar que el material no va a fallar. La máxima deflexión de la viga es de 5.02mm, por lo tanto la viga soportará el peso de la máquina 9.2.3 Selección de columna Para la columna se tomó un acero estructural A36 y un perfil tubular.


123

Grafico 5. Dimensiones y cargas en la columna

De acuerdo con la tabla E8 de la pagina 1188 del libro diseño en ingeniería mecánica de Shigley, se ubica un momento de inercia que se aproxime al obtenido.


124

La presión critica que será capaz de soportar la barra excede la presión que realmente va a estar aplicada en la columna, esto quiere decir que la máquina será soportada con seguridad por la estructura. El valor del esfuerzo a compresión es de 369.19 MPa, este valor es inferior al esfuerzo ultimo del material y por eso se garantiza su funcionamiento 9.3 ANÁLISIS DE ESFUERZOS. 9.3.1 Simulación del máximo esfuerzo Después de haber realizado la selección de materiales de las piezas, para saber si estas van a soportar las cargas y esfuerzos a los cuales van a estar sometidos durante el proceso, se desarrollan simulaciones con ayuda del programa Ansys. A continuación se podrá observar los resultados de la bandeja donde caerán los pañales, esta recibe la fuerza del actuador B que equivale a 150N. Esta pieza será elaborada en acero inoxidable 304, y se encuentra apoyada sobre los carros laterales que la sujetan por los orificios que se localizan en los lados


125

de la pieza. El programa muestra que la máxima deformación que va a sufrir esta pieza se encuentra localizada en un extremo de la parte inferior de la pieza. Esta deformación tiene un valor de 240*10-9 m, este resultado indica que la pieza casi no sufre deformación al aplicarle la carga de trabajo por esta razón su valor es despreciable.

Figura 55 Máxima deformación en la bandeja.

Fuente: Ansys

La siguiente gráfica enseña el resultado de la prueba del esfuerzo de von-Mises. En esta prueba se obtuvo un valor máximo de 71.6MPa, y se ubica en la parte lateral de la bandeja, además de la prueba se obtiene el factor de seguridad que demuestra que la pieza va a ser confiable, este dio como resultado 4.36, por lo tanto la pieza no va a fallar debido a este esfuerzo.


126

Figura 56 Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en la bandeja.

Fuente: Ansys En seguida se ve la deformación que va a sufrir el techo al aplicársele la carga de trabajo. El valor indicado 2.52*10-21m, con esto se concluye que el techo no sufre deformación significativa en ninguna parte.


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Figura 57 Máxima deformación del techo

Fuente: Ansys En las gráficas posteriores se puede observar el esfuerzo que se obtiene en la pieza al aplicarle la carga que proviene del actuador que comprime los pañales, esta tiene un valor de 150N, el material del cual esta fabricada esta pieza es acero inoxidable 304 y está sujeta por sus lados a los carros que permiten su movimiento. El valor que se obtiene de la prueba de von-Mises fue de 4.91Kpa y se ubica en la parte inferior de la pieza. Con un factor de seguridad de 15 esta pieza no va a fallar en algún momento del proceso.


128

Figura 58 Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en el techo.

Fuente: Ansys

La pared que se encuentra en la parte inferior, y que se encarga de sacar los pañales una vez comprimidos, se le aplica una fuerza por medio del cilindro A. Su máxima deformación se da en el centro de la pieza y su valor es de 1.51*10-

11m. Eso quiere decir que la pieza soporta la carga y el esfuerzo que se le va a aplicar y no va a fallar.

Figura 59 Máxima deformación en la pared frontal móvil.

Fuente: Ansys


129

El resultado obtenido de la prueba de von-Mises dio como resultado un esfuerzo máximo 2.24MPa, lo cual junto con un factor de seguridad de 15, demuestra que la pieza no va a sufrir mayor deformación durante el proceso.

Figura 60 Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en la pared frontal móvil.

Fuente: Ansys Deformación máxima del carril de 430 mm Estos ejes serán fabricados en acero estructural, están sujetados por los pernos M4 y soportaran una carga de 40 N, se encuentran localizados horizontalmente sobre la lamina A, derecha e izquierda. La deformación que van a sufrir según la simulación tiene un valor despreciable, puesto que la carga que soportan es mínima.


130

Figura 61. Máxima deformación en los carriles pequeños

Fuente: Ansys

Ensayo de von-Mises y factor de seguridad A continuación se puede observar el resultado del ensayo de von-Mises el cual da como resultado un esfuerzo máximo de 54MPa y el factor de seguridad que se obtiene es de 15, por lo tanto la pieza será capaz de soportar la carga que le será aplicada sin sufrir un daño significativo.

Figura 62 Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en los carriles pequeños.

Fuente: Ansys


131

Deformación máxima del carril de 650 mm

Figura 63 Máxima deformación en el carril mediano

Fuente: Ansys

Estos ejes serán fabricados en acero estructural, están sujetados por los pernos M4 y soportaran una carga aproximada de 40 N, se encuentran localizados verticalmente sobre la lamina A, derecha e izquierda. Eso quiere decir que los ejes soportan la carga y el esfuerzo que se le vas a aplicar y no van a fallar. Ensayo von-Mises y factor de seguridad Se puede observar el resultado del ensayo de von-Mises en este eje, el cual da como resultado un esfuerzo máximo de 55MPa y el factor de seguridad que se obtiene es de 15, se afirma con seguridad que los ejes resistirán las cargas que van a soportar.


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Figura 64 Esfuerzos de von-Mises y factor de seguridad en el carril mediano.

Fuente: Ansys


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10. COTIZACIÓN FINAL

Tabla 65 Costos Cantidad Tipo Referencia Precio Unidad sin iva Total con iva

1 Actuador DNC-32-650-PPV-A $ 384.190 $ 445.6601 Actuador DNC-32-750-PPV-A $ 399.480 $ 463.3971 Actuador sin vastago DGC-12-240-G-P-A $ 751.680 $ 871.9499 Sensores de posicionamiento SME-8-K-LED $ 94.500 $ 986.580

1 Sensor optoelectronicoSOEG-RSP-M12-PS-K-

2L. $ 92.000 $ 106.720

6 Carriles sencillos $ 150.000 $ 1.044.0005 Carriles dobles $ 200.000 $ 1.160.00010 Ejes $ 50.000 $ 580.00012 Rodillos perfilados LFR50/5-KDD-4 $ 63.270 $ 880.7181 Paleta móvil inferior $ 100.000 $ 116.0001 techo $ 125.000 $ 145.0001 Pared B $ 70.000 $ 81.2001 Paleta inferior $ 80.000 $ 92.8001 Lamina A $ 80.000 $ 92.8001 Bandeja $ 120.000 $ 139.2001 Bandeja $ 70.000 $ 81.20030 Pernos LFZ5 $ 300 $ 10.4408 Pernos M6 x 18 $ 200 $ 1.8561 PLC FEC-FC600-FST $ 2.243.623 $ 2.602.6031 Unidad de control FED 50 $ 1.538.240 $ 1.784.358

1 metro* Tubo flexible PUN-6X1-BL. $ 3.900 $ 67.8603 Electroválvulas MFH-5/3B-1/8-B $ 497.000 $ 1.729.5606 Silenciadores U- 1/8 $ 11.700 $ 81.4329 Racor rápido QS-1/8-8 $ 5.400 $ 56.3761 Válvula estranguladora GRLA-1/8-QS-6-RS-B. $ 38.610 $ 44.788

1 Compresor 200 Lb-18cfm desplazamiento 22L/s $ 1.200.000 $ 1.392.000

TOTAL $ 15.058.497

* Se calculo para 15 metros de tubo flexible.


134

10.1 ALTERNATIVAS DE ELEMENTOS UTILIZADOS PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO DESCARTADOS POR COSTOS.

Las alternativas analizadas que no fueron utilizadas para el diseño del proyecto

debido a su alto costo, se presentan en el Anexo B, página 145.


135

CONCLUSIONES.

Las investigadoras han realizado un proyecto de bajo costo, fácil manejo y eficaz, lo cual se logró ya que al hacer un sistema con un sólo contenedor se utilizan menos materiales y menos accionamientos, además de menos espacio. Un solo compartimiento requiere de un operario para realizar la labor de empacado de pañales, esta persona se encarga de programar la máquina y después de colocar las bolsas en las paletas de la máquina, si se hubiera utilizado otro sistema como los evaluados anteriormente se necesitaría más de dos operarios para este proceso de empacado. El proceso de empacado de pañales tiene una duración de 5 a 17 seg., dependiendo de la cantidad de pañales que se vayan a empacar, tomando en cuenta que la mínima cantidad es 8 pañales y la máxima 30 pañales. Haber elegido cilindros neumáticos le dio a la maquina una mayor velocidad en el proceso y teniendo en cuenta que la maquina es ligera igualmente que el peso de los pañales, no son necesarias grandes fuerzas para realizar el proceso, por estas razones se descartaron los demás actuadores. Gracias a la implementación del actuador C en el sistema se facilitó el trabajo del operario, ya que cuenta con un tiempo de 4 a 15 seg para colocar la bolsa en las paletas y posteriormente estas se encargaran de abrir la bolsa. La máquina es de fácil manejo ya que tiene una pantalla con teclado que le permite al operario ingresar los datos de la cantidad de pañales que se van a empacar. El tamaño de los pañales (grande, mediano, pequeño) no causa ninguna influencia en el proyecto ya que no es una variable de esta por que no importa cual tipo de pañal se vaya a empacar, se observa sólo la cantidad ya que la máquina se ideó para que no se tenga que cambiar las dimensiones de ésta para empacar otro tipo de pañal. El costo de los sensores no es alto ya que se la estructura de la máquina esta diseñada para utilizar sensores de bajo precio. Se utilizaron rodillos perfilados que son capaces de aguantar pesos mucho mayores a los que hay en la máquina, esto ya que pueden alcanzar grandes


136

velocidades, además son económicos y su tamaño es apropiado para las necesidades del proyecto. Se diseño una estructura mecánica capaz de soportar las cargas a las cuales iba a ser sometida y que no sufriera alguna deflexión considerable, este diseño se desarrollo para que la estructura tuviera una vida prolongada y no fallara durante el funcionamiento de la máquina. En las gráficas de máximo esfuerzo de ANSYS se observa que aunque se utilizan láminas de acero inoxidable éstas resisten, puesto que los esfuerzos que se generan debido a las fuerzas y los pesos que deben resistir estas piezas no superan las capacidades mecánicas del material.


137

BIBLIOGRAFÍA.

COLOMBIANA KIMBERLY COLPAPEL S.A Diccionario de la lengua española © 2005 Espasa-Calpe S.A., Madrid FESTO. Programa Propneu y Catálogo. http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor. Fecha de Consulta. Agosto 15 de 2007. http://html.rincondelvago.com/actuadores.html#. Fecha de Consulta: Agosto 15 de 2007. http://html.rincondelvago.com/compresores.html. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. http://www.amidata.es/componentes-electronicos-es Fecha Consulta: Agosto de 2007. http://www.amidata.es/componentes-electronicos-es Fecha de Consulta: Agosto de 2007. http://www.directindustry.es/prod/schaeffler-kg-ina/unidad-de-rodadura-lineal-a-bolas-169-54685.html. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. http://www.monografias.com/trabajo23/bombas-y-compresores/bombas-y-compresores.shtlm. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. http://www.puconperu.com. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. http://www.schaeffler.es/content.schaeffler.es/es/ina_fag_products/productinformation/linear_products/index.jsp. Fecha de Consulta: Agosto de 2007. http://www.spiensman.com/neumatica/neumatica7.htlm Fecha de Consulta: Agosto de 2007. http://www.uamerica.edu.co/tutorial/4turgas_text3_4.htm. Fecha de Consulta: Agosto de 2007.


138

http://www.wikipedia.org/wiki/engranaje Fecha consulta: Septiembre de 2007. INA FAG. SOFTWARE FED Designer. SOFTWARE FST. 4.


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ANEXO A.

RODILLOS-GUÍA LFR50/5-KDD-4. Características Rodillos-guía LFR50/5-KDD-4.

Figura 65 Rodillos-guía LFR50/5-KDD-4.

Fuente. Ina Fag. Cálculo de la duración de vida. Los métodos para el cálculo de la duración de vida son: • La duración de vida nominal según DIN ISO 281 • La duración de vida nominal modificada según DIN ISO 281 • La duración de vida modificada y ampliada según DIN ISO 281: Duración de vida nominal

Cr w = 1200 N Pr = 8 kg * 9.8 m/s2 = 78.4 N p = 3 L = 3585.88 * 106 rev


140

O bien

Vlineal = x / t x = 0.750 m tA = 0.5 seg Vlineal = 1.5 m/s n = Vl / r r = 0.008 m n = 187.5 rad / s Lh = 88.53 * 103 horas O bien

D = 16 mm Ls = 1.801 * 106 m L – 106 rev. Duración de vida nominal, en millones de revoluciones, alcanzada o sobrepasada por el 90% de una cantidad suficientemente grande de rodillos-guía iguales, antes de que aparezcan los primeros indicios de fatiga en el material. Lh - h Duración de vida nominal, en horas de funcionamiento, según la definición de L Ls – 105 m Duración de vida nominal, en 105 metros, según la definición de L Cr w – N Capacidad de carga dinámica. Cr w es la carga de magnitud y dirección constantes, bajo la cual una cantidad suficientemente grande de rodamientos idénticos alcanza una duración de vida nominal de un millón de revoluciones.


141

Pr - N Carga dinámica equivalente (carga radial) p Exponente de la duración de vida: p = 3 para rodillos-guía y rodillos-guía con muñequilla con rodadura de bolas p = 10/3 para rodillos de apoyo y de levas, de agujas y de rodillos cilíndricos tA = tiempo que demora el actuador A en desplazarse la distancia 3Y. n - min–1 La velocidad de funcionamiento. D - mm Diámetro exterior del rodillo-guía Capacidad de carga estática. La capacidad de carga estática se limita mediante: • Las deformaciones plásticas que se producen cuando una carga elevada se

aplica en estado de reposo a un rodamiento, en las pistas de rodadura y en los elementos rodantes, y que se consideran todavía admisibles en cuanto a los ruidos en la marcha del rodamiento

• Los esfuerzos de flexión que aparecen en el anillo exterior. La definición de la deformación permanente admisible lleva al término de la capacidad de carga estática. Carga radial admisible con carga estática. Para rodamientos sometidos a carga estática (en reposo o en rotación ocasional) es válida: • la capacidad de carga estática efectiva C0r w. Al mismo tiempo no se debe pasar la carga radial estática admisible F0r per. Si no se ha indicado F0r per, se utiliza la capacidad de carga estática efectiva C0r w. Ésta tampoco debe ser rebasada por la carga radial dinámica existente. La capacidad de carga estática efectiva C0r w es la carga en sentido radial, bajo la cual la presión de Hertz entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, en el punto de máxima carga, alcanza los siguientes valores: • Para rodillos-guía con rodadura de rodillos el valor 4 000 N/mm2


142

• Para rodillos-guía con rodadura a bolas el valor 4 200 N/mm2 En condiciones normales de contacto, esta carga tiene como consecuencia una deformación permanente total del orden de 1/10 000 del diámetro de los elementos rodantes. Aparte de la carga radial admisible del rodamiento, también tener en cuenta la carga radial admisible de la contrapista de rodadura (ver Diseño de la contrapista de rodadura) Seguridad de carga estática. La medida para la solicitación estática es la seguridad de carga estática. Ésta indica la seguridad contra las deformaciones permanentes admisibles en el rodamiento:

C0r w = 860 N

F0r = 3 kg * 9,81 m/s

S0 = 29.22 S0 : Seguridad de carga estática C0r w - N : Capacidad de carga estática efectiva (tabla de medidas) F0r – N : Carga radial máxima del rodillo-guía. Bajo seguridad de carga estática S0 < 8 se considera que los rodillos-guía soportan cargas elevadas. Las seguridades de carga estáticas S0 < 1 conllevan deformaciones plásticas en los 5 elementos rodantes y en la pista de rodadura, que pueden disminuir la suavidad de marcha. Sólo son admisibles en rodamientos con reducida oscilación o en aplicaciones subordinadas. Como S0 es igual 29,22 se puede concluir que los rodamientos no sufrirán ningún daño puesto que la seguridad es muy alta. Rozamiento


143

Momento de rozamiento. El momento de rozamiento de un rodillo-guía depende de muchos factores determinantes, tales como carga, velocidad de giro y tipo constructivo del rodillo-guía, así como del estado del rubricante y el rozamiento de la obturación. Debido al gran número de factores que influyen, el momento de rozamiento puede calcularse tan sólo de forma aproximada. Para rodillos-guía obturados sin rozamiento, el momento de rozamiento bajo condiciones de funcionamiento normales y con campo de velocidades medio se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

f = 0.003 Fr = 78.4 N DdM = ((5+16)/2) = 10.5 mm MR = 1.235 Nmm MR – Nmm Momento de rozamiento del rodillo-guía f Coeficiente de rozamiento (tabla abajo) Fr – N Carga radial dM - mm Diámetro medio de rodamiento (d + D)/2 del rodillo-guía. Coeficiente de rozamiento f.

Tabla 66 Coeficiente de rozamiento f Tipo constructivo del rodamiento con rodillos-guía f Rodamiento a bolas de una hilera 0,0015 hasta 0,002 Rodamiento a bolas de dos hileras 0,002 hasta 0,003 Rodamiento de rodillos cilíndricos sin jaula 0,002 hasta 0,003 Rodamiento de agujas con jaula 0,003 hasta 0,004 Rodamiento de agujas sin jaula 0,005 hasta 0,007 Los valores en la tabla arriba son válidos para rodillos-guía con carga radial sin obturación. ¡Si se utilizan rodillos-guía obturados, se pueden dar valores más elevados!


144

Fuerzas axiales adicionales – como por ejemplo en grandes ángulos de marcha oblicua – pueden causar un aumento notable de los valores, especialmente en rodillos-guía con rodadura de agujas. Los rodillos-guía con rodadura de bolas absorben fuerzas axiales sin modificación notable del rozamiento. Se utiliza un rodamiento a bolas de dos hileras perfilado. Resistencia al desplazamiento. Durante la rodadura de un rodillo-guía en una contrapista de rodadura, se debe superar tanto el rozamiento del rodamiento como el rozamiento de rodadura del anillo exterior en la pista de rodadura. La resistencia al desplazamiento Fv se determina según la siguiente ecuación:

fR = 0,05 mm Fr = 78.4 N MR = 1.235 Nmm D = 16 mm Fv = 0.64435 N Como se puede ver la resistencia al desplazamiento es relativamente pequeña por lo cual no va a representar una sobrecarga considerable en el sistema. Fv – N Resistencia al desplazamiento fR- mm Coeficiente de rozamiento de rodillos para contrapistas de rodadura de acero templado: fR = 0,05 mm D - mm Diámetro exterior del rodillo-guía.


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ANEXO B.

DESCRIPCIÓN DE ALTERNATIVAS DE ELEMENTOS UTILIZADOS PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO DESCARTADOS POR COSTOS.

1. PLC - 50E TO36CSEJUJ-Z Costos: 2.993.400 + IVA 2. Actuador con vástago con sistema integrado de medición de recorrido. El cabezal de medición está integrado en la culata y listón de medición está integrado en el vástago.

Foto 11 Actuador con Sistema Integrado de Medición de Recorrido.

Fuente. Festo. Actuador: • Tamańos 32/40/50/63. • Carreras [mm] 100, 160, 200, 250, 320, 400, 500. • Amortiguación elástica en las posiciones finales. • Guía externa FENG-...-KF (opcional). Variantes: • Vástago doble • Cartucho de bloqueo Salida del cable del cabezal de medición: lateral en la culata Reparable: sí


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Sistema de medición: • Precisión de repeticiónt [mm] <± 0,1 • Conexión eléctrica M12 • Clase de protección IP65 • Margen de temperatura de funcionamiento -20 ... 80 °C • Certificación CE Costos: 2.450.700 + IVA 3. Válvula Proporcional. MPYE-5-1/4-010-B Válvula Proporcional.

Foto 12 Válvula proporcional

Fuente. Festo. Válvulas de control proporcional MPYE con función de regulación del caudal para variar la velocidad de los actuadores, función de 5/3 vías para variar el sentido del movimiento. Costos: 1.300.000 + IVA


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4. Interface de ejes 537320 - SPC-AIF-INC.

Foto 13 Interface de ejes 537320 - SPC-AIF-INC.

Fuente. Festo. Interface de ejes para la utilización del actuador con vástago DNCI (según ISO 15552) con sistema de medición de recorrido integrado en el controlador de ejes SPC200 Costos: 1.619.100 + IVA.

diseÑo del sistema automÁtico de empacado de...

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