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INDICE YA TE LLEGO LA TESIS
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
INGENIERÍA EN ROBÓTICA INDUSTRIAL
OPTIMIZACIÓN DE UNA MÁQUINA SUAJADORA
PROYECTO TERMINAL II
FÉLIX FLORES JOSÉ RAMSÉS
TORRES VERA JOSÉ ISRAEL
DELGADO MORALES MARIO
GARCÍA MORALES CARLOS ALBERTO
PROFESOR:
M. en C. LUIS ENRIQUE SOTO MUCIÑO
i
API EVOLUTION (Automatización de Procesos Industriales)
LEMA:
“LISTO PARA LA INDUSTRIA”
SLOGAN:
“EVOLUCIÓN A BAJO COSTO”
MISIÓN:
PROPORCIONAR A LAS PYMES SOLUCIONES TECNOLÓGICAS A BAJO
COSTO
VISIÓN:
CONTRIBUIR AL DESARROLLO Y CRECIMIENTO TECNOLÓGICO DE LAS
PYMES MEXICANAS
ii
INDICE
Problemática VII
Objetivos General VIII
Objetivos Particulares VIII
Justificación IX
Capítulo I: Estudio del Estado del Arte
1. o Estudio del Estado del Arte 2
1.1 Contexto Histórico 2
1.2 Contexto Tecnológico 5
1.2.1 Tecnología de Suajado 5
1.2.2 Tecnología Rodillo para Suaje 6
1.2.3 Tecnología Troquel 7
1.2.3.1 Troquel (cortante) 7
1.2.3.2 Tipos de Troquel 8
1.3 Contexto Normativo 8
1.4 Contexto Organizacional 11
1.5 Contexto del Proceso Actual 13
Capítulo II: Estudio del Estado Actual
2. o Estudio del Estado Actual 16
2.1 Análisis de los Sistemas Actuales 16
2.1.1 Sistema de Presión por Rodillos 16
2.1.2 Sistema de Corte por Troquel 17
2.1.2.1 Troquel Lineal y Angular 18
2.2 Diagnóstico de los Sistemas Actuales (análisis FORD) 18
2.2.1 Análisis FORD del Sistema con Rodillos 19
2.2.2 Análisis FORD del Sistema con Troquel 20
2.3 Ponderación de la Problemática 22
2.4 Problemática 23
2.5 Planteamiento de las Soluciones 24
2.5.1 Selección del Sistema 24
2.5.2 Selección del Sistema Técnico 25
2.6 Solución 26
iii
Capítulo III Diseño de un Nuevo Modelo
3. o Diseño de un Nuevo Modelo 28
3.1 Propuesta del Nuevo Modelo 28
3.1.1 Ensamble de la Máquina 29
3.2 Memoria de Cálculos 34
3.2.1 Selección de Catarinas 34
3.2.2 Determinación de Velocidad 37
3.3 Cibernética del Sistema 39
3.3.1 Etapa de Sensado 43
3.3.2 Etapa de Control 45
3.3.2.1 Conexiones Eléctricas 46
3.3.2.2 Programación 47
3.3.2.3 Descripción del Diagrama de Programación 49
3.3.3 Etapa de Regulación 53
3.3.4 Etapa de Potencia 54
Capítulo IV Análisis Económico
4.0 Análisis Económico 56
4.1 Inversiones del Proyecto 56
4.1.1 Inversiones en Terreno y Obras Físicas 56
4.1.2 Inversiones en Equipamiento 57
4.1.3 Costos de Ingeniería 58
Discusión 62
Recomendaciones 65
Conclusiones 66
Glosario de Términos 67
Fuentes de Información 69
FIGURAS
1.1 Herramientas usadas por los herreros como la tajadera, el
tranchete del yunque y el cortafrío 3
1.2 Tijeras en forma de U y pivote 3
iv
1.3 Prensa de balancín de Nicolás Briot (1626), diseñada por
Leonardo da Vinci, y que supuso la puesta en marcha
generalizada de la acuñación de moneda 4
1.4 Punzonadoras combinadas con cizalla, accionadas a mano,
para punzonar, cortar palastro y perfiles diversos. 4
1.5 Punzonadoras combinadas con cizallas a principios del siglo
XIX 5
1.6 Suajadora Semiautomática de Rodillos 6
1.7 Organigrama que presenta la Empresa Especialidad en
Maquilados S.A. en el 2007. 11
1.8 “Lay Out” que presenta la Empresa Especialidad en
Maquilados S.A. En el 2007 en el cual ubicamos el área
donde se desarrolla el presente proyecto. 12
1.9 Esquema de cómo se lleva a cabo paso a paso la operación
dentro del proceso de corte. 14
2.1 La fuerza total es aplicada en la línea entre las dos flechas 17
2.2 En la parte izquierda se presenta el troquel lineal y en la
parte derecha el troquel angular 18
2.3 Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API
EVOLUTION). 22
3.1 Modelado de la maquina suajadora por el equipo de trabajo
(API EVOLUTION). 28
3.2 Estructura de la maquina. 29
3.3 Soporte inferior fijo sobre los barrenos centrales y la brida. 29
3.4 Conjunto base móvil. 30
3.5 Ensamble de la base móvil sobre las guías. 30
3.6 Ensamble de la tuerca sobre el husillo. 31
3.7 Ensamble del soporte superior. 31
3.8 Mecanismo de ajuste por resorte. 32
3.9 Ensamble del mecanismo de ajuste sobre la estructura. 32
3.10 Ensamble de los rodillos de soporte. 33
3.11 Ensamble de las catarinas. 33
3.12 Máquina suajadora 34
3.13 Diagrama de cuerpo libre de los rodillos. 38
3.14 Diagrama a bloque tablero de control. 40
v
3.15 Diagrama eléctrico tablero de control 41
3.16 Conexiones externas requeridas en botones pulsadores. 43
3.17 Accionamiento de los motores con sus respectivos medios de
arranque. 44
3.18 PLC marca Siemens modelo Logo RC232. 45
3.19 Diagrama a Bloque de PLC. 46
3.20 Conexiones internas del PLC. 46
3.21 “Software” de programación Logo!soft-comfort versión no
4.0 cortesía siemens AG 2003. 47
3.22 Diagrama de flujo programa de control 48
3.23 Programa suajadora en modo KOP ver 1.0 49
3.24 1er línea de Programa escalón no.1 del diagrama de escalera 51
3.25 2da línea o escalón de programa. 52
3.26 3da línea o escalón de programa. 52
3.27 4da línea o escalón de programa. 53
3.28 5ta línea o escalón de programa. 53
3.29 Circuito regulador de alimentación en el motor de ajuste 54
3.30 Circuito de potencia de los motores 54
4.1 Grafica de análisis económico. 61
5.1 Maquinado de piezas 85
5.2 Mecanismo de elevación 85
5.3 Base de los soportes 86
5.4 Motor del mecanismo 86
5.5 Alineación de la cadena 87
5.6 Sistema de tensión de cadena 87
5.7 Ensamble de la parrilla y la cadena superior 88
5.8 Prototipo terminado 88
TABLAS
1 Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API
EVOLUTION) así como la problemática que se refiere a cada
uno de los criterios. 23
2 Selección del sistema en base a criterios ponderantes
propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 24
vi
3 Selección del sistema técnico en base a criterios ponderantes
propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION). 25
4 Tabla de clasificación de servicio. 34
5 Tabla de selección de factor de servicio. 35
6 Especificaciones catarinas estándar no. 40. 36
7 Distribución de bornes y nomenclatura tablero de control. 42
8 Distribución de conexiones físicas en el PLC. 50
9 Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico. 57
10 Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico. 58
11 Costos hora/hombre de ingeniería 58
12 Cotización de dispositivos de sistema mecánico. 59
13 Cotización de dispositivos de sistema eléctrico. 60
ANEXOS
A Descripción de los Departamentos que comprende la
empresa Especialidad en Maquilados S.A. 71
B Planos de la Suajadora 74
C Especificaciones de Catarinas 84
D Desarrollo del Proyecto 85
vii
PROBLEMÁTICA.
La empresa Especialidad en Maquilados S.A. se dedica al servicio de maquila en
la rama de empaquetado y embalado, para empresas manufactureras que
requieren presentación y protección de sus productos al momento de ser
transportados y comercializados en el mercado.
El motivo por el cual se desarrolla el presente proyecto radica en la solicitud por
parte de la Mesa Directiva de dicha empresa al equipo de trabajo, con la finalidad
de atender diversas problemáticas que el sistema actual presenta. Principalmente
en los periodos de alta demanda, no cuenta con la capacidad para satisfacer los
volúmenes de producción requeridos, lo que repercute en una pérdida de
mercado potencial en que se desarrollan comercialmente.
En relación al producto, éste presenta deficiencias notables en el corte. Esto tiene
como consecuencia que la calidad, que indudablemente es un elemento
trascendental, se vea mermada, siendo un impedimento para continuar vigentes en
el mercado.
Por otra parte, la inseguridad que tiene la máquina genera que existan altos costos,
pago de incapacidades, problemas para alcanzar los volúmenes de producción
establecidos, alta rotación de personal, entre otros.
Ante esto, la empresa tiene la necesidad de optimizar la fase de corte, a un costo
accesible y en que en medida de lo posible satisfaga las necesidades prioritarias.
Por esta razón, el presente proyecto, se plantearán las posibles soluciones con base
en el análisis de las herramientas necesarias para la solución de los problemas
mencionados.
viii
OBJETIVO GENERAL
Optimizar y rediseñar una máquina suajadora de materiales suaves, que pueda
incrementar la producción en este proceso, a un costo accesible para PYMES.
OBJETIVOS PARTICULARES
� Optimizar la mano de obra actual, para lograr una mejor estructura de
costos de producción.
� Maximizar la producción de piezas cortadas para cumplir con los niveles
de demanda que exige el mercado.
� Establecer los principios del sistema de corte para lograr un sistema flexible
que integre distintos tipo de cortes, bajo las mismas restricciones del sistema
a desarrollar.
� Diseñar un sistema de seguridad para garantizar las condiciones óptimas
para el Operador y maquinaria.
� Desarrollar un sistema de corte en un sólo proceso para minimizar los
tiempos ciclo de operación.
� Mejorar la calidad de corte para evitar re trabajos manuales en esta
operación.
� Minimizar los costos de compra para que este tipo de soluciones sean
adquiridas por las PYMES.
ix
JUSTIFICACIÓN
El presente proyecto se desarrolla con distintos fines particulares. La integración
de éstos permiten establecer el horizonte tecnológico como meta única en el
desarrollo de este proyecto.
Actualmente existe una agresiva tendencia a buscar los máximos ahorros de
operación sin perder de vista los niveles de producción y calidad establecidos por
el mercado actual. Ante ello, el presente proyecto pretende lograr una disminución
de la mano de obra en la fase de corte en aproximadamente el 66% del recurso
actual. Sin duda, existe un gran debate al analizar si es adecuado o no disminuir el
número de operarios al introducir sistemas de automatización. La tendencia de
este desarrollo se traduce en re-ubicar al personal desplazado a tareas de
supervisión y apoyo en áreas periféricas.
Por otra parte, la demanda actual en este mercado implica un volumen creciente de
producción, lo cual deriva en que cada una de las fases del proceso productivo
tenga que optimizarse. Esto no es tarea fácil, ya que en la mayoría de las veces se
tienen que integrar diversas ramas del conocimiento. Específicamente para la fase
de corte se establecen tres diseños: mecánico, de controles y seguridad, para
alcanzar los niveles de producción requeridos en esta etapa, tomando en cuenta las
bondades que los equipos de “hardware” ofrecen hoy en día para realizar cambios
en la operatibilidad del sistema de una manera muy rápida.
Hoy en día la competencia existente en el mercado empuja a las empresas a
hacerse de tecnologías de punta, que puedan cumplir con los estándares de
calidad, seguridad, costos de producción, etc., impulsando así al desarrollo de
nuevas tecnologías. Por esta razón el presente proyecto y con base en los análisis
necesarios planteará la solución para el desarrollo de una nueva estrategia que
satisfaga en la medida que el proyecto requiere las necesidades que se plantean por
las PYMES.
La seguridad del personal es un punto muy importante. Seguridad no significa en
todos los casos, costos; sino lo contrario, pues invertir en este punto, a largo plazo
implica un menor número de accidentes, que a su vez se traduce en menos costos
por indemnizaciones. Además habrá mayor confianza en la máquina por parte de
x
los operadores, quienes podrán trabajar de una manera más confortable, tampoco
debe perderse de vista que la seguridad no sólo aplica para el usuario sino también
para la máquina y el producto. Es por esto que, para este proyecto, serán tomadas
en cuenta todas las medidas de seguridad necesarias
La calidad actualmente se refiere a hacer bien las cosas, por ello la búsqueda de
una calidad y mejora continua es de gran importancia en todo proceso, ya sea
administrativo, productivo, personal etc.… dando lugar a un constante crecimiento
y reflejado en oportunidades en un futuro próximo. Ante ello el presente proyecto
considera dicho punto un aspecto importante a tomar en consideración.
1
CAPÍTULO I
Estudio del
estado del arte CONTEXTO HISTÓRICO;
CONTEXTO TECNOLÓGICO;
CONTEXTO NORMATIVO;
CONTEXTO ORGANIZACIONAL;
CONTEXTO DEL PROCESO ACTUAL.
El presente capítulo integra los contextos necesarios para fundamentar el
presente proyecto.
2
1.0 ESTUDIO DEL ESTADO DEL ARTE
Es necesario conocer todos los contextos más relevantes para fundamentar el
presente proyecto, ya que con ellos obtendremos una mejor perspectiva del
problema que se presenta.
Para entender más ampliamente el tema de este trabajo, se detalla, a continuación,
de forma concreta lo que es una suajadora.
Las máquinas del tipo corte con suaje (“Suajadoras”), se utiliza cuando se requiera
fabricar corridas no muy grandes, con cambios constantes de modelos. El corte por
medio de suaje es una pleca que corta contra una superficie plana. Este sistema es
muy económico, por lo que en piezas que requieran corridas pequeñas
(promociones de “Blister Pack”, charolas, y diferentes tipos de empaques), este
tipo de máquinas es lo ideal. La característica de los productos fabricados en estas
máquinas son: poco volumen de producción, superficies grandes y poca
profundidad.
1.1 CONTEXTO HISTÓRICO [8]
El corte es una actividad fundamental y primaria que se ha dado a lo largo de la
historia para la subsistencia de cualquier civilización. Sin duda, su mayor auge
comienza cuando existe la necesidad de fabricar herramientas.
En el presente proyecto hacemos referencia a la historia de la actividad de corte.
Ésta sin duda puede ser extensa y con bastantes vertientes. Ante ello, sólo haremos
mención de algunos puntos claves que nos ayuden a entender sus orígenes e
historia, así mismo, hacer reflexión de la importancia de hoy en día que ha
cultivado desde sus inicios.
� La tajadera, el tranchete del yunque y el cortafríos Fig. 1.1: usados por los
herreros durante siglos, han sido las herramientas universales para cortar en
frío y caliente: chapa, palastro y perfiles diversos.
3
� Para el corte de chapa o fleje, la tijera o cizalla ha sido el instrumento básico
durante siglos. Como instrumento manual, el uso de la tijera se remonta a la
edad del bronce. En sus inicios era una hoja de metal doblada en forma de
U y sólo a partir del siglo XIV aparecen las tijeras de pivote, con las dos
hojas móviles alrededor de un eje. Véase Fig. 1.2. La llamada cizalla o tijera
de palanca, manejada manualmente, permitía cortar espesores de hasta 5
mm y también podía ser accionada a pedal.
� Para principios del siglo XVI, Leonardo Da Vinci había diseñado la
laminadora, la recortadora y la prensa de balancín (Fig. 1.3). Estos diseños
sirvieron a Cellini para construir una rudimentaria prensa de balancín en
1530, pero la puesta en práctica generalizada se atribuye a Nicolás Briot en
1626.
Fig. 1.1 Herramientas usadas por los herreros como la tajadera, el
tranchete del yunque y el cortafrío
Fig. 1.2 Tijeras en forma de U y pivote
4
Fig. 1.3 Prensa de balancín de Nicolás Briot (1626), diseñada por
Leonardo da Vinci, y que supuso la puesta en marcha generalizada
de la acuñación de moneda
Fig. 1.4 Punzonadoras combinadas con cizalla, accionadas a
mano, para punzonar, cortar palastro y perfiles diversos.
� El francés Blaise Pascal, prodigio en matemáticas, descubrió en 1650 el
principio de la prensa hidráulica. El principio de Pascal afirma que,
“cualquier aumento de presión en la superficie de un fluido se transmite a
cualquier punto del mismo. Un depósito con dos émbolos de distinta
sección conectados a él permite amplificar la fuerza aplicada en el émbolo
pequeño y además cambia la dirección de la fuerza aplicada”.
� En 1845, el francés Calla construye una cizalla accionada a vapor, para
cortar palastro grueso. Se desarrollan punzonadoras combinadas con cizalla
(Fig. 1.4) accionadas a mano, para punzonar, cortar palastro y perfiles
diversos.
5
Fig.1.5 Punzonadoras combinadas con cizallas a principios del
siglo XIX
� Hacia finales del siglo XIX se desarrollan varias máquinas más potentes
para ser accionadas por transmisión. Máquinas para enderezar palastro,
cintradoras para curvar llantas, ángulos, etc. (Fig. 1.5). Cizallas para cortar
palastro y plegadoras para chapa y palastro delgado.
� A principios del siglo XX, también para ser accionadas por transmisión se
construyen punzonadoras combinadas con cizalla, para cortar palastro,
perfiles en ángulo, barras redondas, cuadradillos, etc.
En las décadas siguientes se construyeron cizallas cada vez más potentes y
sofisticadas, equipadas con varias cuchillas o combinadas con punzonadoras.
“Por su flexibilidad y facilidad de traslado a pie de obra, las cizallas y
punzonadoras accionadas a mano siguen siendo imprescindibles”.
1.2 CONTEXTO TECNOLÓGICO
1.2.1 Tecnología de Suajado
El proceso de corte que a continuación se describe brevemente, es realizado a
través de una máquina denominada “suajadora”.
El proceso de suajado se realiza por medio de unas cuchillas, con la forma de la
plegadiza extendida, colocada en una base de madera calada, que es
6
posteriormente instalada en un equipo que funciona como una prensa,
troquelando la figura que se encuentra en la tabla de suaje.
Existen básicamente tres tipos de cuchillas, llamadas plecas. Las plecas de corte
que tienen la función de definir la forma de la plegadiza. Las plecas de doblez,
facilitan el trabajo del doblado del material y las plecas de punteado, que permiten
el desprendimiento de ciertas partes plegadizas.
El herramental usado en este proceso es el suaje, el cual es confeccionado con placa
de acero, para cortar, doblar o marcar materiales blandos como: papel, tela, cuero,
plástico etc. Los flejes son tiras de metal con filo en un lado. Las placas de doblez
no tienen filo. Existen placas para corte continuo, corte intermitente o doblez.
1.2.2 Tecnología Rodillos para Suaje
La Suajadora de Rodillos (Fig. 1.6) es una máquina económica ideal para
troquelado, perforado y repujado de diversos materiales, tales como: plásticos,
termo formados, hojas de "Skin Pack", cartón, hule espuma, piel, etc.
El tiempo empleado en cada ciclo es menor que el de los troqueles hidráulicos
convencionales, debido a que los rangos de producción son mayores.
La fuerza de corte es concentrada entre los puntos tangentes de dos rodillos
opuestos y aplicada progresivamente al suaje, a medida que éste pasa entre ellos,
Fig. 1.6 Suajadora Semiautomática de Rodillos
7
de tal manera que la fuerza requerida para cortar la línea tangente entre los
rodillos y el suaje es mínima, lo cual reduce considerablemente el desgaste del
herramental.
La máquina cuenta con un dispositivo de seguridad, que invierte automáticamente
el sentido del giro de los rodillos suajadores, cuando un cuerpo extraño trata de
introducirse entre el suaje y el rodillo superior.
La altura del rodillo superior es regulable para ajustarse a la altura del artículo
dentro del rango que el modelo permita, mediante un husillo, que puede
accionarse del lado izquierdo o derecho.
1.2.3 Tecnología de Troquel [1]
1.2.3.1 Troquel (Cortante)
Instrumento o máquina de bordes cortantes para recortar o estampar por: presión,
planchas, cartones, cueros, etc. El troquelado es, por ejemplo, una de las
principales operaciones en el proceso de fabricación de embalajes de cartón.
El troquel consiste en:
� Una base de una matriz con mayor resistencia o dureza que las cuchillas o
estampa de elaboración de la pieza.
� Las regletas cortadoras o hendedoras. Sus funciones son las siguientes:
o Cortar adecuadamente para perfilar la silueta exterior o bien para
fabricar ventanas u orificios interiores
o Hender, para fabricar pliegues
o Perforar con el fin de crear un pre cortado que permita un fácil
rasgado
o Semicortar, es decir, realizar un corte parcial que no llegue a
traspasar la plancha
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� Gomas. Gruesos bloques de goma que se colocan junto a las cuchillas y cuya
función es la de separar por presión el recorte sobrante.
1.2.3.2 Tipos de Troqueles
Existen dos tipos básicos de troqueles:
Troquel plano. Su perfil es plano y la base contra la que actúa es metálica. Su
movimiento es perpendicular a la plancha consiguiendo así una gran precisión en
el corte.
Troquel rotativo. El troquel es cilíndrico y la base opuesta, está hecha con un
material flexible. Al contrario que en el troquelado plano, el movimiento es
continúo y el registro de corte es de menor precisión. Ello es debido a que la
incidencia de las cuchillas sobre la plancha se realiza de forma oblicua a la misma.
Los embalajes fabricados en rotativo son, por tanto, aquéllos que no presentan altas
exigencias estructurales tales como las “Wrap Around” o algunas bandejas. Por su
movimiento continuo, el troquelado rotativo consigue mayores productividades en
fabricación que el plano.
En la industria del cartón ondulado se utilizan indistintamente ambos tipos de
troquel, si bien en la fabricación de cartoncillo se da el plano por sus mayores
necesidades de precisión. En la industria del calzado se utiliza el troquel plano,
realizado con un fleje especial de acero dispuesto perpendicularmente a la piel que
descansa sobre una superficie plana. El fleje está reforzado con platinas de hierro
que mantienen la perpendicularidad de éste.
El diseño del troquel viene definido por las necesidades del envasador pudiendo
conferir a la caja las más variadas formas. Su fabricación es todavía muy artesanal
realizándose siempre bajo pedido.
1.3 CONTEXTO NORMATIVO
Dentro del contexto normativo encontramos que se aplican algunas de las normas
y reglamentos de acuerdo a la Secretaria del Trabajado y Previsión Social de forma
9
general para máquinas, es decir, normas de seguridad que deben tener las
máquinas para resguardar la integridad de los trabajadores, del mantenimiento y
su respectiva operación.
La máquina y el equipo que se construya deben contar con las condiciones de
seguridad e higiene de acuerdo a las normas correspondientes que dicta la STPS.
De acuerdo con la norma:
NOM-004-STPS-1999, “Sistemas de protección y dispositivos de Seguridad en la
maquinaria y equipo que se utilice en los centros de trabajo”.
Donde encontramos que las partes móviles de la maquinaria y equipo y su
protección, deberán revisarse y someterse a mantenimiento preventivo y, en su
caso, al correctivo, de acuerdo a las especificaciones de cada maquinaria y equipo.
Se debe contar con elementos que cubran a la maquinaria y equipo para evitar el
acceso al punto de operación y evitar un riesgo al trabajador. En su instalación y
operación se recomienda considerar aspectos ergonómicos que contemplen: la
postura del trabajador, el trabajo estático y dinámico de la actividad, así como la
ubicación de los elementos de control.
Se debe de proporcionar un instructivo por escrito para la utilización y control de
las máquinas, las que contendrán como mínimo, indicaciones para su uso,
conservación y mantenimiento.
Se deben de aplicar las medidas correspondientes conforme a la norma que aplique
para máquinas en general, para no poner en riesgo la vida de los trabajadores,
también se debe de hacer una selección del equipo de protección personal
adecuado para los trabajadores que van a operar la máquina, además se debe
realizar un análisis de los riesgos a los que se pueden exponer los trabajadores.
El grupo de artículos correspondientes de la norma de operación y mantenimiento
de maquinaría y equipo de corte, además del reglamento de la STPS se puede ver
más a fondo en el CD anexo.
10
Otra norma que aplica dentro del contexto normativo de acuerdo a la Secretaria de
Energía, para establecer las disposiciones y especificaciones de carácter técnico que
deben satisfacer las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica,
con las cuales debe contar la maquina y equipo que se desarrolla en el presente
proyecto se indican de acuerdo a la siguiente norma:
NOM-001-SEDE-1999, “Instalaciones Eléctricas (Utilización)”.
La cual contiene las especificaciones técnicas para el alambrado y conexión de
equipos de control de motores, así como la identificación de los conductores ya sea
para la transmisión de la energía eléctrica o una puesta a tierra.
También podemos encontrar las especificaciones para la ubicación de: protecciones
para sobre corrientes, motores, alambrado, equipo de control o los requerimientos
de un gabinete eléctrico.
Se mencionan las especificaciones técnicas con las que debe contar un conductor
ante fenómenos como la temperatura o corriente, así como el ensamble de
componentes como: clavijas, interruptores, lámparas, también específica el
material con el que deben estar soldadas las conexiones. Los artículos en la norma
publicada por la secretaria de energía correspondiente a instalaciones eléctricas se
pueden ver más a fondo en el CD anexo.
Existen otras normas aplicables dentro del presente proyecto pero debido a la falta
de acceso a ellas, no es posible mencionarlas a detalle, sin embargo algunas de
estas se mencionan a continuación y se puede obtener información respecto a ellas
dentro de la siguiente página web.
http://www.pilz.de/knowhow/standards/standards/electrical_safety/index.es.jsp.
EN 60204: Seguridad de las máquinas - Equipo eléctrico de las máquinas.
EN 60947-5: Aparamenta de baja tensión.
NFPA 79: Electrical Standard for Industrial Machinery.
EN 954: Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de mando relativas a la
seguridad.
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Dirección
Administración
Producción
Compras Ventas Contabilidad
Supervisor
Procesos
Termo formado
Etiquetado
Corte
Ensamblado
Empaquetado
Finanzas
Proceso donde se lleva a cabo el proyecto
Fig. 1.7 Organigrama que presenta la Empresa Especialidad en Maquilados S.A. en el 2007.
EN/IEC 61508: Seguridad funcional de los sistemas eléctricos, electrónicos y
electrónicos programables relacionados con la seguridad.
EN ISO 13849: Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de mando
relativas a la seguridad.
EN/IEC 62061: Seguridad de las máquinas - Seguridad funcional de los sistemas
eléctricos, electrónicos y electrónicos programables relacionados con la seguridad.
1.4 CONTEXTO ORGANIZACIONAL
Dentro del marco organizacional de la compañía de “Out Sourcing”, Especialidad
en Maquilados S.A., se encuentran algunas incongruencias ya que los empleados
son adiestrados para realizar las diferentes tareas encomendadas dentro de la
empresa. Los departamentos no están bien definidos al igual que los
procedimientos, debido a que de manera constante son intercambiados con el fin
de experimentar, para conseguir mejoras utilizando así un método demasiado
empírico en la toma de decisiones, el cual es la prueba y error.
Aún con estas situaciones, se establecen funciones y departamentos lo más
parecido a la situación actual de la compañía como se muestra en la Fig. 1.7 para
más información sobre los departamentos véase el Anexo “A”.
12
Se presenta un “Lay Out” del proceso actual para ubicar el área donde se
desarrolla el proyecto dentro de la empresa Fig. 1.8
Fig. 1.8 “Lay Out” que presenta la Empresa Especialidad en Maquilados S.A. En el 2007 en el cual ubicamos el área donde se desarrolla el presente proyecto.
13
1.5 CONTEXTO DEL PROCESO ACTUAL
Para la obtención del producto final el material tiene que pasar por los siguientes
procesos.
� Recepción de la materia prima.
Se reciben las materias primas tales como: corrugados, plásticos, PET,
etiquetas, etc.
� Almacenado.
Los materiales son almacenados para su uso conforme se vayan necesitando
� Termo formado o extrusión.
Se le da forma a través de moldes al material PET los cuales deben de salir
con ciertas especificaciones en cuanto a medidas y calidad según los
estándares de la empresa.
� Corte.
Se revisa que las medidas del material moldeado coincidan con las de la
herramienta de corte y se procede a cortar el material.
� Ensamblado.
El producto a empaquetar es insertado en los moldes.
� Plastificado y sellado.
Se coloca una manga de plástico en el material a empacar y después se pasa
por el tubo de encogimiento para fijarlo a los moldes.
� Etiquetado y Empaquetado.
Se procede a etiquetar los productos y a empaquetarlos para su almacenaje
y transporte final.
Para este proyecto solo entraremos en detalle respecto al área de corte la cual se
detalla más en la Fig. 1.9.
14
*NOTA: Si el material no es correctamente suajado se vuelve a repetir el ciclo
CORTE
2.- Se coloca el material a suajar en la pleca (herramienta de corte)
3.- Se coloca la contra placa de material nylon, uretano o naylamid sobre la pleca
1.- Se coloca la pleca en uno de los extremos de la máquina
4.- Realización del corte
4.1- Un operador presiona la pleca y su contra placa hacia los rodillos
4.2- Un operador por medio de un volante hace girar los rodillos
5.- Girar el volante hasta que la pleca con su contra placa estén del otro lado de los rodillos
6.- Se retira la contra placa
7.- Se retira el material ya suajado
* NOTA
8.- Se almacena el producto INICIO
Fig. 1.9 Esquema de cómo se lleva a cabo paso a paso la operación dentro del proceso de corte.
15
CAPÍTULO II
Estudio del
Estado Actual ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS ACTUALES
DIAGNÓSTICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES ANÁLISIS FORD
PONDERACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA
PROBLEMÁTICA
PLANTEAMIENTO DE SOLUCIONES
SOLUCIÓN
El presente capítulo contiene las herramientas para llevar a cabo los análisis
necesarios, obteniendo una problemática de estos, en el cual el equipo de trabajo
propondrá una solución en base a sus criterios
16
2.0 ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL [1]
En el presente proyecto que se desarrolla hace referencia de los sistemas
actualmente usados en la industria que pueden ser utilizados para cortar
materiales suaves.
Los cuales son:
1. Sistema de rodillos
2. Sistema de troquel
Sin embargo, es necesario conocer las diferencias entre uno y otro.
Ante ello el presente proyecto muestra sus análisis dando a conocer algunas de
sus ventajas y desventajas en los sistemas, dando pie a obtener problemáticas de
estos las cuales se ponderaran en base a criterios propuestos por el equipo de
trabajo, una vez seleccionada la problemática a atacar se proporcionara una
solución adecuada en base a ponderaciones para seleccionar la misma.
2.1 ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS ACTUALES [2, 3, 4, 5, 6, 7]
En la actualidad en la industria de la maquila en lo referente al corte por suaje, se
cuenta con dos principales sistemas de operación, uno es el sistema de presión por
rodillos y el otro es el llamado tipo troquel, los dos sistemas son utilizados en el
sector industrial, principalmente en la industria maquiladora, requiriendo piezas
como: cartón, plástico e incluso metales tengan ciertas formas, cortes precisos o
limpios, es decir que el corte sea totalmente uniforme, preciso y que se realice en
un solo movimiento y sin desprendimiento de viruta.
A continuación se presenta una breve explicación de los sistemas antes
mencionados.
2.1.1 Sistema de Presión por Rodillo
En este sistema la fuerza de corte es concentrada entre los puntos tangentes de los
dos rodillos colocados en lados opuestos y aplicada progresivamente al suaje, a
17
medida que el suaje pasa entre los rodillos, de esta manera la fuerza total de suaje
solo es aplicada en este único punto Fig. 2.1 de tal manera que la fuerza requerida
para cortar es mínima y solo se aplica en ese punto, por consecuencia, no hay tanto
desgaste en la herramienta. Por otro lado, la curvatura de los rodillos propicia que
los materiales entren simplemente al acercarlos, ya que poseen una tracción en
sentidos opuestos entre ellos. Para ajustar la presión del sistema solo es necesario
mover uno o los dos rodillos reduciendo el espacio entre ellos.
2.1.2 Sistema de Corte por Troquel
Esta máquina cuenta con una plancha fija y otra móvil, la cual puede ser movida
por un mecanismo que puede ser: sistema mecánico, hidráulico o neumático.
Un sistema mecánico muy utilizado es el de la Leva, el cual consiste en un
mecanismo de poleas donde uno de los dos ejes se encuentra conectado a un
motor, mientras que el otro se encuentra conectado a un eje descentrado, esto da el
efecto de una leva. Este mecanismo tiene un embrague que a través de un pedal o
un botón acciona el eje de la leva que origina un movimiento axial sobre el eje del
pistón, este tipo de troquel es empleado en procesos rápidos pues realiza el
movimiento de vaivén en una sola revolución del eje y es utilizado normalmente
para perforar o chapar piezas.
También existe la posibilidad de emplear un sistema hidráulico o neumático,
donde se bombea fluido ya sea hidráulico o gaseoso por los conductos, hasta un
Fig. 2.1 La fuerza total es aplicada en la línea entre las dos
flechas
18
pistón donde la presión generada por el motor, desplaza un émbolo el cual ejerce
la presión sobre las placas. Este método se subdivide en lineal y angular.
2.1.2.1 Troquel Lineal y Angular
La diferencia es que en el troquel lineal (Fig. 2.2) el movimiento es totalmente axial;
es decir, sólo a lo largo de la línea de movimiento. Debido a que los troqueles de
este tipo son de gran capacidad, generalmente la placa móvil lleva unas guías que
limitan el movimiento, este tipo de prensas crean presión sobre toda el área de la
plancha.
De la misma manera, el troquel angular (Fig. 2.2) es dirigido por una guía curva,
misma que dirige el movimiento de una forma angular. Como el movimiento de
una tijera, la presión se va distribuyendo sobre toda el área de la placa.
Los sistemas hidráulicos son utilizados en procesos un poco más lentos, debido a
que el fluido tiene que desplazarse de un lugar a otro, sin embargo, es capaz de
generar grandes fuerzas del orden de las toneladas.
2.2 DIAGNÓSTICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES (ANÁLISIS FORD)
Denominado también análisis FODA o análisis FORD, es una muy potente
herramienta del planeamiento estratégico desarrollada para su aplicación en el
ambiente empresarial. Este instrumento sencillo, económico y versátil puede ser
aplicado en familias, grupos, equipos, procesos, empresas y corporaciones etc.
Fig. 2.2 En la parte izquierda se presenta el troquel lineal y en la parte derecha el angular
19
Consiste en descubrir las Fortalezas, Oportunidades, Riesgos y Debilidades que
puedan estar implícitos en el sistema y así detectar sus ventajas y desventajas.
2.2.1 Análisis FORD del Sistema con Rodillos
Las Fortalezas
F1. Menor desgaste de herramental: debido a que en este sistema la presión
máxima está en la línea de acción de los dos rodillos;
F2. Estructura sencilla: tanto la estructura como el sistema son simples y
sencillos de construir;
F3. Operador fuera del área de corte: el operador se encuentra fuera del área de
acción de la máquina;
F4. Adaptabilidad de manual a semiautomático: mediante mecanismos es fácil
pasar de una máquina manual a semiautomática.
Las Debilidades
D1. Ajuste de altura inexacto: debido a que el rodillo superior se mueve
mediante dos elevadores independientes;
D2. Corte ineficiente: ya que el ajuste de la perpendicularidad de los rodillos es
inexacta, el corte suele realizarse de manera incorrecta o el corte es parcial;
D3. Fallas estructurales: debido a la falta de calidad de los materiales usados
para la construcción de la maquina;
D4. Presión de corte relativamente baja;
D5 Corte de materiales suaves: la presión proporcionada por los rodillos sólo
permite cortar materiales suaves;
D6 Límite de altura: se tiene un máximo de altura limitado por los elevadores
del rodillo;
20
D7. Ciclo de trabajo lento: el proceso de corte es lento pues se tiene que pasar
toda la superficie.
Las Oportunidades
O1. Bajo costo: al ser un mecanismo sencillo su construcción no implica
dificultad;
O2. Menor uso de recursos energéticos: no requiere de muchas fuentes de
energía (electricidad, fluido);
O3. Fácil de transportar: al no generarse un peso tan grande permite el
transporte de la máquina con facilidad.
Los Riesgos
R1. Inseguro para el operador: no cuenta con una protección adecuada para el
operador;
R2. Inseguro para el producto: el producto está expuesto a cualquier deterioró
por la máquina;
R3. Requiere de más de un recurso humano: debido a ser un proceso de
vaivén;
R4. Producción baja: debido a que se trabaja sobre toda la superficie del corte.
2.2.2 Análisis FORD del Sistema con Troquel
Las Fortalezas
F1. Área de trabajo: el área de trabajo puede ser considerablemente grande;
F2. Estructura resistente: la estructura tiende a ser voluminosa haciéndola
resistente;
F3. Corte eficiente: al tener una presión elevada el corte siempre es realizado en
su totalidad;
21
F4. Presión en el corte elevado: al ser una máquina desarrollada especialmente
para aplicar presión tiene una gran potencia;
F5. Ciclo de trabajo elevado: la operación se realiza en un sólo movimiento en
troqueles para materiales suaves;
F6. Corta materiales suaves y duros: al poseer una presión de corte elevada
permite cortar tanto materiales suaves como algunos duros;
Las Debilidades
D1. Desgaste del herramental: la presión es constante en toda la placa
provocando que el suaje tenga mayores repercusiones;
D2. Estructura compleja: debido a los mecanismos que presenta la estructura
tiende a ser compleja en cuanto a sus sistemas y dimensiones;
D3. Materiales especiales: al generar una presión tan grande se requiere de
materiales especiales para su construcción.
Las Oportunidades
O1. Requiere de un sólo recurso humano: generalmente la máquina requiere
de un operador. En algunos casos se podría hacer omisión de él;
O2. Producción alta: debido a las altas fuerzas que se manejan en el troquel se
pueden cortar varias piezas en el mismo ciclo.
Los Riesgos
R1. Difícil de transportar: la estructura genera un peso elevado que se ve
afectado cuando se requiere transportar la máquina;
R2. Mayor uso de recursos energéticos: generalmente necesitan de algún fluido
para su funcionalidad;
R3. Costo alto: al ser una estructura complicada genera costos más elevados
para su construcción.
22
2.3 PONDERACIÓN DE LA PROBLEMÁTICA
De acuerdo al análisis FORD realizado a los dos sistemas posibles, el equipo de
trabajo ha establecido ciertos criterios con los cuales se evaluará la problemática de
los dos sistemas y así resolver los problemas que se plantean en los objetivos
particulares para obtener la solución más viable. En la Fig.2.3 se puede apreciar la
ponderación de la problemática.
Fig. 2.3 Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API EVOLUTION).
23
2.4 PROBLEMÁTICA
Una vez hecha la ponderación y con base en el análisis hecho previamente,
podemos seleccionar la problemática a atacar por el equipo de trabajo, esto se
puede ver con más detalle en la Tabla 1 que se presenta a continuación.
De la tabla anterior podemos observar la problemática a atacar de acuerdo a cada
uno de los criterios del equipo de trabajo pero con base en la ponderación sólo se
atacará la siguiente problemática:
PARA PRODUCTIVIDAD (D2, D4, D5, D7, R3, D2, D1)
PARA SEGURIDAD (R1, D3,)
PARA COSTOS (R1, R2, R3, R4, R3, R2, D2, D3)
Criterios Ponderancia Problemática
Calidad 0% D1, D3, R1, D1
Seguridad 30% R1, D3,
Productividad 40% D2, D4, D5, D7, R3, D2,
D1
Tecnología 0% D2, D5, D7, D6, D3, R2,
Comercialización 0% R4, R1, R3, D3
Ergonomía 0%
Tamaño 0% R1, D2,
Costo 30% R1, R2, R3, R4, R3, R2,
D2, D3
Tabla 1. Ponderaciones propuestas por el equipo de trabajo (API EVOLUTION), así como la problemática que se refiere a cada uno de los criterios.
24
ADECUADO
2.5 PLANTEAMIENTO DE SOLUCIONES
Para poder atacar la problemática obtenida de una forma adecuada es necesario
plantear la solución óptima para ésta.
Ante esto, el equipo de trabajo ha decidido establecer sus ponderancias para
establecer y seleccionar la solución óptima en cuanto a sistemas se refiera para
efectos del proyecto.
2.5.1 Selección del Sistema
En la siguiente Tabla (2) se tienen contemplados los sistemas posibles a
implementar en el proyecto y una vez más con base en criterios ponderantes
propuestos por el equipo de trabajo, se llegará a una selección de cualquiera de
estos sistemas.
En la Tabla 2 podemos observar que con base en los criterios propuestos por el
equipo de trabajo se deduce que, el sistema más apto para el presente proyecto es
el sistema de rodillos.
Tabla 2. Selección del sistema en base a criterios ponderantes propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION).
CRITERIOS
PRODUCCION
30%
COSTO
40%
ESTRUCTURA
20%
MANTENIMIENTO
0%
CORTE DE MATERIALES
10% SISTEMAS BAJA ALTA BAJO ALTO SENCILLA COMPLEJA SIMPLE COMPLEJO SUAVES DUROS
RODILLO X X X X X
TROQUEL X X X X X X
25
2.5.2 Selección del Sistema Técnico
Una vez determinado el sistema con el cual se realizará la operación de suajado, se
establecerá cuál será el medio de transmisión de potencia y control adecuado para
llevar a cabo la operación de suajado. Esto lo haremos con base en una nueva tabla,
donde colocamos los sistemas más utilizados y se evaluarán según las
ponderancias del equipo de trabajo, como se muestra en la Tabla 3.
Con base en los criterios propuestos por el equipo de trabajo se deduce que, el
sistema técnico óptimo para cumplir con los objetivos planteados para el presente
proyecto será un sistema eléctrico – mecánico.
CRITERIOS
RECURSOS ENERGÉTICOS
15%
COSTO
50%
FACILIDAD DE INSTALACIÓN
20%
MANTENIMIENTO
10%
RUIDO
5% SISTEMAS COMUNES ESPECIALES BAJO ALTO SIMPLE COMPLEJA SIMPLE COMPLEJO BAJO ALTO
MECÁNICO X X X X X
HIDRÁULICO X X X X X
NEUMÁTICO X X X X X
ELÉCTRICO X X X X X
ROBÓTICO X X X X X
ADECUADO
Tabla 3. Selección del sistema técnico con base en criterios ponderantes propuestos por el equipo de trabajo (API EVOLUTION).
26
2.6 SOLUCIÓN
Para establecer la solución óptima, fue necesario proponer ciertos criterios. A su
vez estos fueron ponderados por el equipo de trabajo, para llevar a cabo la
selección de los sistemas adecuados con base en las oportunidades y fortalezas
que presentaron los sistemas ya mencionados en el análisis FORD.
Como resultado a dicho proceso obtuvimos que la solución óptima sea:
“Un Sistema de Rodillos Mecánico – Eléctrico”
27
CAPÍTULO III
Diseño de un
Nuevo Modelo
PROPUESTA DEL NUEVO MODELO
MEMORIA DE CÁLCULOS
CIBERNÉTICA DEL SISTEMA
El presente capítulo integra la parte mecánica, eléctrica y control que presentará
el nuevo modelo.
28
Fig. 3.1. Modelado de la máquina suajadora por el equipo de
trabajo (API EVOLUTION).
3.0 DISEÑO DE UN NUEVO MODELO
De acuerdo a lo propuesto en el capítulo anterior, el equipo de trabajo propone un
diseño basado en los criterios para la solución de la problemática.
Este diseño contempla la realización de un sistema mecánico, eléctrico- electrónico
y de software lo suficientemente eficiente para satisfacer las necesidades de la
problemática observada en la solución, sin sobre pasar las expectativas de ésta.
3.1 PROPUESTA DEL MODELO
Se propone un sistema de rodillos mecánico-eléctrico en el que el movimiento de
los rodillos se transmite por medio de un sistema cadena-catarina, para obtener
potencia y sincronía en los rodillos así como la presión que se requiere en el
sistema. Se desarrollo un sistema eléctrico para que el movimiento de los rodillos
se realice en ambos sentidos, para elevar la producción y trabajar en ambas áreas
de trabajo de la máquina. Se implementó un sistema de seguridad para el
operador, el cual evita riesgos para éste, ya que la máquina cuenta con un
accionamiento simultáneo de funcionamiento, paros de emergencia y dispositivos
de bloqueo asociados a protectores (Ver Fig. 3.1).
29
Fig. 3.2. Estructura de la máquina.
Fig. 3.3. Soporte inferior fijo sobre los barrenos centrales y la brida.
Una vez que se tiene una idea conceptual de cómo será la máquina se procede a
diseñar cada una de las piezas que lo conforman. Ver Anexo B.
3.1.1 Ensamble de la Máquina
Una vez que se han comprado los materiales necesarios y maquinado todas las
piezas del Anexo B, se procede a ensamblar la máquina, como se presenta a
continuación.
1 Con los ángulos y conforme a los planos del Anexo B se arma la base
principal como en la Fig. 3.2, realizando los barrenos necesarios para la
siguiente etapa.
2 Sobre la base se colocan los soportes inferiores SO02 del Anexo B y la brida
de piso. Se fijan a la base a través de tornillos como en la Fig. 3.3. De igual
manera al otro lado, teniendo en cuenta que ha de insertarse el rodillo
inferior, por lo cual, debe de colocarse el rodillo antes de fijar la brida del
lado opuesto.
30
Fig. 3.4. Conjunto base móvil.
Fig. 3.5. Ensamble de la base móvil sobre las guías.
3 Se ensambla la base móvil con las piezas BM01, BM02 y BM03, del Anexo B.
A la pieza BM01 se le fija la brida de pared y ensambla con BM02 a BM03. Se
le fija el husillo con un tornillo desde la parte de abajo y se ensambla con las
demás piezas como en la Fig. 3.4.
4 Se coloca la base móvil sobre las guías, teniendo nuevamente en cuenta que
es necesario colocar el rodillo superior antes de fijar la brida móvil del otro
extremo. Ver Fig. 3.5
31
Fig. 3.7. Ensamble del soporte superior.
Fig. 3.6. Ensamble de la tuerca sobre el husillo.
5 Colocamos en el husillo una tuerca y un balero axial como en la Fig. 3.6
antes de colocar el soporte superior SO01.
6 Se colocan el soporte SO01 y se hace pasar la tuerca por el agujero central de
este y a su vez se coloca un balero axial Fig. 3.7.
32
Fig. 3.8. Mecanismo de ajuste por resorte.
Fig. 3.9. Ensamble del mecanismo de ajuste sobre la estructura.
7 Se ensambla el mecanismo de ajuste con las piezas ME01 y ME02, se coloca
un resorte en la barra de ajuste y se pone la tuerca como en la Fig. 3.8.
8 Se fija el mecanismo de ajuste sobre la base principal con dos tornillos como
se muestra en la figura Fig. 3.9.
9 Se colocan los rodillos de soporte BS01 en ambos extremos de la máquina
como se muestra en la Fig. 3.10
33
Fig. 3.10. Ensamble de los rodillos de soporte.
Fig. 3.11. Ensamble de las catarinas.
10 Se colocan las catarinas en los ejes de los rodillos, en el mecanismo de ajuste
y en el reductor como se muestra en la Fig. 3.11.
11 Se coloca el motor, las cadenas y las tapas de seguridad en la máquina como
se muestra en la Fig. 3.12.
34
Fig. 3.12. Máquina suajadora
3.2 MEMORIA DE CÁLCULOS
3.2.1 Selección de Catarinas
Paso 1. Clasificación de servicio.
De a cuerdo a la Tabla 4, se selecciona el tipo de carga con el que se va a trabajar.
En este caso se selecciona una carga uniforme ya que los dispositivos se van a
emplear en una máquina.
Tabla 4. Tabla de clasificación de servicio.
35
Paso2. Factor de servicio.
Para determinar el factor de servicio se hace uso de la Tabla 5, en la cual, de
acuerdo al tipo de suministro de energía que se usará y al tipo de carga, se
determina el factor de servicio. Se selecciona un factor de 1.0 ya que es una carga
uniforme y el suministro de energía es un motor eléctrico.
Además es de vital importancia considerar las condiciones desfavorables de
operación, por lo que se suma 0.2 por cada una de las condiciones posibles, entre
las cuales podemos encontrar las siguientes:
� Múltiples ejes - 0.2 por cada eje extra.
� Relación excesiva de velocidad, una relación mayor de 7 a 1.
� Grandes cargas en el comienzo con paros e inicios frecuentes.
� Condiciones de altas temperaturas.
Finalmente considerando los factores anteriormente mencionados se determina un
factor de servicio de 1.6.
Tabla 5. Tabla de selección de factor de servicio.
36
Paso 3. Determinar la potencia del sistema.
Los datos obtenidos, de clasificación de servicio y del factor de servicio se
multiplican por la potencia de operación normal que será de 0.5 HP de acuerdo a la
potencia que ofrece el motor.
PD = 1.6 x .5 = 0.8 HP
Al aplicar la fórmula obtenemos una potencia de diseño de 0.8 HP. De acuerdo a
este rango de potencia en HP determinamos la Catarina motriz No. 40 con un paso
de ½”, de 18 dientes que analizamos en la Tabla 6. También se puede determinar el
diámetro del eje en esta Tabla de acuerdo al diámetro máximo del barreno de la
Catarina motriz.
Con los datos obtenidos se calcula el número de dientes de la Catarina movida:
No. dientes catarina motriz
Se obtuvo como resultado una catarina de 18 dientes.
El siguiente paso es determinar la longitud de la cadena para una distancia entre
centros de 160 mm por medio de la siguiente fórmula:
L= 43.5 pasos (½”)
Tabla 6. Especificaciones catarinas estándar no. 40.
37
Al determinar la distancia entre centros se debe considerar que la longitud entre
éstos debe de ser una vez y media más grande que la suma de los diámetros
exteriores de las catarinas para evitar interferencia por número de dientes.
También es recomendable una relación de velocidad de 3:1 que no exceda este
límite.
3.2.2 Determinación de Velocidad.
Debido a que se requieren bajas revoluciones para esta máquina y en base a las
máquinas actúales, el equipo de trabajo seleccionó un motor trifásico estándar de
1700 y un reductor con una relación de 1:60. Se determina la velocidad en rpm a la
salida del reductor con la siguiente fórmula.
Donde: ω1 = es la velocidad de entrada.
ω 2 = es la velocidad de salida.
N1 = es el número de dientes del engrane de entrada.
N2 = es el número de dientes del engrane de salida.
Dada la velocidad de salida del motor y la relación de engranes que es
proporcionada por el reductor tenemos que:
Obteniendo así la velocidad de salida en el reductor la cual es 28 rpm. Por
seguridad es necesario saber cuál será la velocidad que los rodillos le imprimirán a
la pleca, una vez que ésta haya pasado por estos, primero que nada es necesario
38
convertir las unidades de velocidad de rpm a rad/s obteniendo así una velocidad
angular.
Una vez que se obtiene la velocidad angular W del reductor, y recordando que
hay sincronía en las catarinas, sin cambios de velocidad, es decir la velocidad es
transmitida equitativamente, tenemos que la velocidad final Vf es directamente
proporcional al producto de la velocidad angular W por el radio, que en este caso
será el del rodillo, para obtener la velocidad que tendrá en el punto de contacto
con la pleca. Se puede apreciar el diagrama de cuerpo libre en la Fig. 3.13.
Obteniendo como resultado que la pleca adquirirá una velocidad máxima de 220
mm/s ó 20cm/s y que además estará controlada a través del variador de
frecuencia.
Vf
w r
r w
Fig. 3.13 Diagrama de cuerpo libre de los rodillos.
39
3.3 CIBERNÉTICA DEL SISTEMA
Se propone un sistema eléctrico con una alimentación de tipo trifásica a 4 hilos con
220V.C.A. y consta básicamente de cuatro etapas.
La primera etapa, de sensado que es donde se reciben las condiciones iniciales para
la operación de la máquina y las de operación durante el ciclo de trabajo por medio
de sensores, interruptores y botones pulsadores.
Una segunda etapa la cual es de control, en esta, se determina directamente el
funcionamiento y secuencia a realizar por medio de funciones lógicas debidamente
programadas en el sistema, es decir, es aquí donde se encuentra el “software” del
sistema. Dependiendo de los datos o variables adquiridos en la etapa anterior por
medio de los sensores, se determinan los estados en las salidas del controlador.
Como tercera etapa se tiene la regulación, que es donde se realiza de dos formas.
Ambas para el suministro de potencia (que accionan los motores). La primera de
ellas básicamente es para variar la frecuencia en la alimentación del motor de
trabajo, debido a que es de tipo trifásico y de esta forma se puede controlar su
velocidad. Para la segunda es necesario regular el voltaje hasta los 24 V. Además
de lo anterior, es necesario diseñar un rectificador de onda, para obtener el voltaje
en C.D.
Por último. Tenemos una cuarta etapa, la de potencia, que básicamente es la que se
encarga de interconectar la fuente de alimentación con la fuerza motriz, que en este
caso son los motores eléctricos, ya que, cabe mencionar que las dos primeras etapas
trabajan con voltajes nominales en un rango de 110 a 127 V.C.A. y esta última,
entrega el voltaje total de la fuente de alimentación para cada motor, el de trabajo
es de 220 V.C.A. y el de ajuste es de 24 V.C.D.
La siguiente figura (3.14 muestra las conexiones esquemáticas de todas las etapas
dentro del tablero de control, donde se pueden apreciar todos los elementos
40
debidamente conectados para la puesta en marcha del equipo, por medio de un
controlador lógico programable (PLC) con entradas de tipo relee con una
operación de 127 V.C.A. Mismo que está monitoreando constantemente el estado
de las entradas, donde se tiene conectada la etapa de sensado y una vez que se han
procesado las señales, se tiene el cambio de estado en las salidas, en la que se
encuentra conectada la etapa de potencia. Además, se puede notar, que la etapa de
regulación se encuentra conectada en paralelo de la alimentación, así como de la
etapa de potencia; es decir, al activarse la etapa de potencia por medio de las
salidas del PLC, el voltaje ya está disponible para su aplicación.
A continuación, se describen detalladamente las conexiones físicas realizadas
dentro del tablero de control para cada etapa, tal como se muestra en la Fig. 3.15.
Fig. 3.14 Diagrama a bloque tablero de control.
41
La distribución de conexiones en la bornera del tablero de control y significado de
la Nomenclatura se puede ver en la Tabla 7.
Fig. 3.15 Diagrama eléctrico tablero de control.
42
No. de
Borne
Dispositivo
conectado
Descripción Estado
1 L1 Línea de alimentación trifásica no 1
2 L2 Línea de alimentación trifásica no 2
3 L3 Línea de alimentación trifásica no 3
4 N Hilo Neutro alimentación trifásica
5 F1 MT Fase 1 de motor trifásico (Motor Trabajo)
6 F2 MT Fase 2 de motor trifásico (Motor Trabajo)
7 F3 MT Fase 3 de motor trifásico (Motor Trabajo)
8 MA1 Conexión1 motor de C.D.(Motor Ajuste)
9 MA2 Conexión2 motor de C.D.(Motor Ajuste)
10 PAI2 Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 2 NA
11 PAI1 Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 1 NA
12 PAD1 Pulsador de Arranque Hacia Derecha 1 NA
13 PAD2 Pulsador de Arranque Hacia Derecha 2 NA
14 ENC Interruptor de ENCENDIDO NA
15 ENC Retorno Interruptor de ENCENDIDO
16 P Interruptor de límite de Protección NC
17 P Retorno Interruptor de límite de Protección
18 POS Botón de ajuste POSITIVO NA
19 POS Retorno de Botón de ajuste POSITIVO
20 NEG Botón de ajuste NEGATIVO NA
21 NEG Retorno de Botón de ajuste NEGATIVO
22 NCO NO conectado
23 y 24 NCO NO conectado
Nótese que:
� Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 2 (PAI2).
� Pulsador de Arranque Hacia Izquierda 1 (PAI1).
Tabla 7. Distribución de bornes y nomenclatura tablero de control.
43
� Pulsador de Arranque Hacia Derecha 1 (PAD1).
� Pulsador de Arranque Hacia Derecha 2 (PAD2).
No cuentan con retorno de conexión. Esto es debido a que debe realizarse una
conexión totalmente externa al tablero de control. Únicamente deberá conectarse
un puente entre cada terminal restante de los botón pulsador de la siguiente
forma. Fig. 3.16.
3.3.1 Etapa de Sensado
Antes que nada, al tener un PLC con entradas de tipo relee, la terminal común de
éstas debe ser aterrizada en el hilo neutro de la alimentación, para que así todos los
retornos de las conexiones de los sensores y de las entradas del PLC regresen a una
de las fases de la alimentación y así, cerrar el circuito con un voltaje de 127 V.C.A.
según especificaciones de PLC.
Para comprender cómo están las conexiones físicas realizadas en esta etapa es
necesario recordar los siguientes criterios de funcionamiento para operar el equipo
en cualquiera de sus dos direcciones, para ello es necesario mantener presionados
dos botones normalmente abiertos al mismo tiempo para tener la certeza de que,
ambas extremidades del cuerpo (manos) se encuentran fuera del área de trabajo,
además de contar con sus tapas protectoras debidamente cerradas para evitar
succiones de prendas de vestir holgadas, según los criterios de seguridad
previstos durante el diseño. Por lo tanto, en las condiciones iníciales de
funcionamiento el sistema permanecerá encendido por medio del interruptor de
Fig. 3.16 Conexiones externas requeridas en botones pulsadores.
44
ENC, el detector P es un sensor de límite, el cual está encargado de la detección en
la puerta que cubre los rodillos, por ello, deberán permanecer cerrados en todo
momento de la operación del ciclo. Por tal motivo, cada uno se conectan a una de
las entradas del PLC para mantener monitoreado dichos estados en todo momento
vía “software”.
Retomado lo señalado líneas arriba, el accionamiento simultáneo de dos
interruptores para el arranque en cualquier sentido, se puede realizar directamente
en el exterior con una conexión física, minimizando así dicha función dentro del
“software”, únicamente conectando ambos botones en serie y enviándolos a otra
de las entradas, creando así una función lógica de tipo AND. Esto podría ocasionar
algún tipo de caída de tensión que pudiera afectar el estado de la entrada, pero
debido a que las distancias son muy próximas, las pérdidas son poco significativas
y por tanto no se toman en consideración (Fig. 3.17A). Se repite la misma operación
para el sentido contrario de funcionamiento, para conectar una tercera entrada. Por
último, se colocan dos botones pulsadores, uno en cada una de las entradas
restantes, básicamente para el ajuste de la altura ya sea positivo o negativo, cada
botón tendrá la función que le corresponda (Fig. 3.17B).
Fig. 3.17. Accionamiento de los motores con sus respectivos medios de arranque.
45
3.3.2 Etapa de Control
Básicamente esta etapa consta de un PLC marca Siemens modelo Logo RC232
(Fig.3.18), el cual debe conectar su propia alimentación, en este caso, a una de las
fases y al hilo neutro de la alimentación para obtener un voltaje nominal de 127
V.C.A. con el que se alimenta.
El criterio de selección fue tomado con base a la normatividad con la que se desea
que cuente este equipo. A continuación se muestra un diagrama a bloques de la
estructura de un PLC (Fig. 3.19), donde básicamente se cuenta con una unidad de
procesamiento y control (CPU), que es la encargada de procesar las variables de
entrada y controlar el estado de las salidas, cuenta con un banco de memoria
donde se almacena toda la lógica de programación, ya que guiados por esta
programación se realizarán las operaciones correspondientes. Se tiene una fuente
de alimentación para todo el sistema y por último, los bloques de entradas y
salidas, los cuales son las puertas para la comunicación exterior, haciendo lo
propio las entradas con los captores y las salidas con los actuadores.
Fig. 3.18. PLC marca Siemens modelo Logo RC232.
46
3.3.2.1 Conexiones Eléctricas
Como se había señalado anteriormente, las entradas y salidas son de tipo relee y
por lo tanto las conexiones físicas de este dispositivo siempre tendrán que cerrar
un circuito; es decir, a la entrada se comporta como la carga que se alimenta por
medio de interruptores, de igual forma, que lo hace una bobina de un contactor y a
la salida, se comporta como si fueran interruptores que alimentaran una carga, tal
como se muestra en la siguiente figura (3.20).
Fig. 3.20. Conexiones internas del PLC.
Fig. 3.19 Diagrama a Bloque de PLC.
47
3.3.2.2 Programación
Esta tarea es muy sencilla de realizar, ya que el dispositivo seleccionado cuenta con
dos tipos de programación totalmente gráficos y además, con un simulador para la
realización de pruebas antes de la puesta en marcha. Uno de ellos es el diagrama
de funciones (FUP) y el otro, el diagrama o esquema de contactos en escalera
(KOP).
El primero de ellos permite realizar la interconexión de entradas-salidas por medio
de las funciones lógicas principales, como son: AND, OR, NAND, NOR, etcétera.
La segunda permite realizar lo propio, pero interconectando por medio de
interruptores, ya sean cerrados o abiertos, así como bobinas internas. Para efectos
de este trabajo se mostrarán los dos tipos de programación como se muestra en la
siguiente figura (3.21).
Diagrama de flujo general para la elaboración del programa de la máquina
suajadora semi-automática. Contemplando como nomenclatura de salidas de S1 a
Sn y de “E1” a “En” como nomenclatura de entradas (Fig. 3.22).
Fig. 3.21. “Software” de programación Logo!soft-comfort versión no 4.0
cortesía siemens AG 2003.
48
Notar que en el diagrama de flujo según la lógica, cada que se activa una salida,
todas las demás quedan totalmente desactivadas, esto para evitar cortos circuitos,
Fig. 3.22. Diagrama de flujo programa de control.
49
ya que ambos actuadores (motores) cuentan con una inversión de giro y las
condiciones se respetan sólo para en primer accionamiento.
En caso de un accionamiento simultáneo no se puede ajustar la máquina al mismo
tiempo que se efectúa el ciclo de operación.
Por razones de seguridad, también se desconectan las salidas del motor de ajuste
para evitar el accionamiento simultáneo por parte de cualquier otro operador, ya
que se sabe que el operador original tiene las manos ocupadas debido al criterio de
accionamiento. Así se pretende evitar algún tipo de daño estructural al equipo.
Estos detalles se pueden apreciar de mejor manera en la descripción del siguiente
diagrama de programación (Fig. 3.23).
3.3.2.3 Descripción del Diagrama de Programación
Antes que nada hay que describir el tipo de sintaxis con la que se realiza la
programación de este tipo de PLC. En general todos los PLC´s se programan del
mismo modo, pero cada uno tiene su propia sintaxis, para este caso sólo será
necesario conocer tanto los nombres de las entradas como de las salidas. El
programa es sumamente sencillo y debido a esto no se utilizarán todos los recursos
del dispositivo.
Fig. 3.23. Programa suajadora en modo KOP ver 1.0.
50
Las entradas se etiquetan con la letra I. más el número de entrada a la que se desea
hacer referencia y las salidas con la letra Q, más su respectivo numero de referencia
según la salida que se desea utilizar. Comprendido esto, la distribución de
conexiones físicas en el PLC se realiza de acuerdo con la siguiente tabla (8).
Sintaxis Entrada/Sal
ida
Dispositivo
conectado
Función Estado
PLC
I1
Entrada
Pulsadores
PAI1 y PAI2
en serie
Arranque sentido Izquierda de
MT
NA
I2
Entrada
Pulsadores
PAD1 y
PAD2 en
serie
Arranque sentido derecha de
MT
NA
I3 Entrada Interruptor
ENC
Encendido de sistema NA
I4
Entrada
Sensor limite
P
Interruptor de protección de
limitaciones mecánicas
NC I5 Entrada Pulsador
POS
Ajuste positivo de altura en
rodillos NA
I6 Entrada Pulsador
NEG
Ajuste Negativo de altura en
rodillos NA
Q1 Salida Lámpara
ENC
Indicador de encendido de
sistema DES
Q2 Salida Lámpara
ENERG
Indicador de energización de
sistema DES
Q3 Salida Bobina A Activación en un sentido de giro
del MT DES
Q4 Salida Bobina B Activación al otro sentido de
giro del MT DES
Q5 Salida Bobina C Activación en un sentido de giro
del MA DES
Q6 Salida Bobina D Activación al otro sentido de
giro del MA DES
51
Una vez obtenida la distribución de conexiones y la nomenclatura utilizada por el
PLC se puede explicar la programación paso por paso en modo KOP o diagrama
de escalera y debido a esto se hará referencia a escalón cada vez que se salte de
línea de programación.
El primer escalón consiste en colocar un contacto normalmente cerrado (NC) y se
etiqueta con I4, ya que es la entrada donde se encuentra conectado el sensor P, y de
este depende toda la operación debido a que es el sensor de protección. Como se
explicó en anteriores temas, seguido de este se conecta en serie un contacto
Normalmente Abierto (NA), etiquetándolo con el número “I3” para mantener
monitoreado el estado del interruptor de encendido (ENC). Por último, este
escalón del programa concluye en la bobina Q1,misma que a su vez es una salida a
la que se encuentra conectada la lámpara indicadora de encendido (ENC) como se
nota en la siguiente figura (3.24).
El segundo escalón comienza con un contacto normalmente abierto (NA) con la
etiqueta de Q1. Esto se debe a que las bobinas del PLC cuentan con contactos
internos y éste es uno de ellos. Esto quiere decir que al momento que se active la
bobina Q1 todos sus contactos internos también cambiarán su estado, los
Normalmente cerrados se colocarán abiertos y los normalmente abiertos viceversa,
como lo hace un contactor, esto para garantizar que esta linea o escalón dependa
de la función del primer escalón. Seguido de este contacto se coloca otro
normalmente abierto (NA) con la etiqueta de I1, para detectar el accionamiento del
de los botones PAI1 y PAI2, después de este, se colocan tres contactos
normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por medio de otras
bobinas, particularmente Q3, Q4 y Q6. Por último se coloca la bobina de salida Q5,
la cual controla la salida donde está conectada la etapa de potencia que hace girar
Fig. 3.24. 1er línea de programa escalón no.1 del diagrama de escalera
52
el motor de trabajo en el sentido contrario a las manecillas (izquierda), como se
muestra en la siguiente figura (3.25).
El tercer escalón de nuevo comienza con un contacto normalmente abierto de Q1
para que éste también dependa de la función del primer escalón. Seguido de este
contacto se coloca un contacto normalmente abierto (NA) con la etiqueta de “I2”,
para detectar el accionamiento de los botones PAD1 y PAD2, después de este, se
colocan tres contactos normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por
medio de otras bobinas, particularmente Q3, Q4 y Q5. Por último se coloca la
bobina de salida Q6, la cual controla la salida donde está conectada la etapa de
potencia que hace girar el motor de trabajo en el sentido de las manecillas del reloj
(derecha), como se muestra en la siguiente figura (3.26).
El cuarto escalón. Otra vez comienza con un contacto normalmente abierto de Q1
para que este también dependa de la función del primer escalón. Seguido de este
contacto se coloca un contacto normalmente abierto (NA) con la etiqueta de “I5”,
para detectar el accionamiento del botón POS. Después de esto, se colocan tres
contactos normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por medio de
otras bobinas, particularmente Q4, Q5 y Q6. Por último se coloca la bobina de
salida Q3 la cual controla la salida donde está conectada la etapa de potencia que
hace girar el motor de ajuste en el sentido de las manecillas del reloj (derecha),
como se muestra en la siguiente figura (3.27).
Fig. 3.25. 2da línea o escalón de programa.
Fig. 3.26. 3da línea o escalón de programa.
53
Por último, el quinto escalón también comienza con un contacto normalmente
abierto de Q1 para que este también dependa de la función del primer escalón.
Seguido de este contacto se coloca un contacto normalmente abierto (NA) con la
etiqueta de “I5”, para detectar el accionamiento del botón POS. Después de esto se
colocan tres contactos normalmente cerrados (NC) para la desconexión interna por
medio de otras bobinas, particularmente Q3, Q5 y Q6. Por último se coloca la
bobina de salida Q4, la cual controla la salida donde está conectada la etapa de
potencia que hace girar el motor de ajuste en el sentido contrario a las manecillas
del reloj (izquierda), como se muestra en la figura 3.28
3.3.3 Etapa de Regulación
Esta consiste en un variador de frecuencia para el motor de trabajo. El motor
trifásico, el cual se encuentra conectado a la alimentación trifásica general por
medio de sus entradas y las salidas se conectan con entradas de los contactores de
potencia, cada una con su respectiva configuración para su sentido de giro y para
el motor de ajuste, se trata de un transformador de bajada de 127 V.C.A. a 24
V.C.A. donde las conexiones de la devanado primario se realizan hacia la fuente de
alimentación, tomando una terminal en una de las fase y otra en el hilo neutro, las
terminales del devanado secundario se conectan a un puente rectificador de diodos
de onda completa para linealizar el voltaje y convertirlo en C.D. Una vez
Fig. 3.27. 4da línea o escalón de programa.
Fig. 3.28. 5ta línea o escalón de programa.
54
rectificado el voltaje se conecta a las terminales de los relees con su respectiva
configuración para inversión de giro como se muestra en la siguiente figura (3.29).
3.3.4 Etapa de Potencia
Quizá es la más sencilla de todas; éstas conectan las salidas del PLC a cada una de
las bobinas de los contactores, en el caso del motor de trabajo trifásico y a las
bobinas de los relees, en el caso del motor de C.D. (motor ajuste).
Las salidas tanto de los contactores como de los relees van directamente a su
respectivo motor como se muestra a continuación (fig. 3.30).
Fig. 3.29. Circuito regulador de alimentación en el motor de ajuste.
Fig. 3.30. Circuito de potencia de los motores.
55
CAPÍTULO IV
Análisis
Económico
INVERSIONES DEL PROYECTO
El presente capítulo contiene las inversiones dadas en el presente proyecto
56
4.0 ANÁLISIS ECONÓMICO
El objetivo del presente capítulo es entregar información relacionada con los
costos, tanto de la puesta en marcha de la máquina como de su funcionamiento
normal una vez instalada en la planta para la producción del producto.
Para realizar el análisis es preciso cotizar todos los precios de los componentes que
se utilizarán en el desarrollo de la máquina.
Se tiene como principal objetivo el reducir los costos, es por ello que se trató de
cotizar materiales y dispositivos con proveedores que manejan un menor costo.
Debido a que los costos pueden variar de acuerdo a proveedores y al cambio de
precios de un día a otro, no es posible considerarlo un cálculo exacto y se toma
como una estimación lo más aproximada.
Además de los costos de materiales para el desarrollo de la máquina, es importante
realizar un análisis de costos de la mano de obra, diseño del prototipo, así como
una serie de gastos indirectos involucrados como el consumo de energía de la
máquina, para hacer un cálculo aproximado.
Todo ello en conjunto se considero para poder obtener el precio aproximado de la
máquina.
4.1 INVERSIONES DEL PROYECTO
El objetivo de este apartado es determinar las inversiones requeridas por el
proyecto antes de su puesta en marcha.
4.1.1 Inversiones en terreno y obra física
Debido a que se pretende realizar la construcción dentro de las instalaciones
facilitadas por uno de los miembros del proyecto, no se requiere una inversión en
terreno y tampoco requiere de instalaciones especiales para el ensamble de las
piezas; sin embargo, es posible considerar que para el ensamble del prototipo se
57
requeriría de un espacio aproximado de 15 m2 , considerándose un área de
herramientas y un espacio adecuado para el ensamble de la máquina.
4.1.2 Inversiones en Equipamiento
Por inversión en equipamiento para este punto, se entenderá como todas las
inversiones que permitan la construcción de la máquina, tanto la adquisición de
máquinas, como la renta del servicio de maquinados (Torno y Fresado). Se muestra
a continuación en las tablas 9 y 10 el presupuesto del maquinado y costo de
herramientas respectivamente.
MAQUINADOS
PIEZAS HORAS COSTO/HORA TOTAL
BM 01(2) 4 $150 $600
BM02(2) 3 $150 $450
BM03 4 $150 $600
G01 4 $150 $600
ME01 4 $150 $600
ME02 3 $150 $450
SO01 3 $150 $450
SO02 3 $150 $450
INVERCION TOTAL $4200
Tabla 9. Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico.
58
HERRAMIENTAS
MATERIALES COSTO TOTAL
Desarmador
plano
$200 $200
Desarmador de
cruz
$200 $200
Pinzas de corte $200 $200
Taladro $200 $200
Brocas $200 $200
Llaves allen $200 $200
Arco y segeta $200 $200
INVERCION TOTAL $1400
4.1.3 Costos de Ingeniería
Son inversiones que se realizan sobre activos constituidos por los servicios o
derechos adquiridos, necesarios para la puesta en marcha del proyecto.
Para el presupuesto del proyecto es necesario hacer un análisis de costos de
ingeniería. Para ello se presenta a continuación la tabla 11, donde se puede
apreciar el costo por hora hombre, el total de horas invertidas por cada personal y
el total de estos que nos dará finalmente el aproximado en costo.
Servicios de ingeniería Horas Costo /horas Días
personal 1 300 $200 75
personal 2 300 $200 75
Personal 3 300 $200 75
Personal 4 300 $200 75
Total $240,000
Tabla 11. Costos hora/hombre de ingeniería.
Tabla 10. Costos de maquinado de piezas del sistema mecánico.
59
Junto con esto se presenta en la tabla 12 la cotización de todos aquellos elementos
necesarios para poder construir el sistema mecánico de la máquina, con el código
con el que se encuentra en el mercado y un posible proveedor.
También se presentan en la tabla 13 la cotización de los elementos y dispositivos
que integran al sistema eléctrico de la máquina, de igual manera con su respectivo
código dentro del mercado actual.
SISTEMA MECÁNICO
Dispositivo Proveedor Código Cantidad Costo pieza Costo total
Catarina Baleromex 40BS20 6 $157 $942
Cadena Baleromex 40BS 1 $140 $140
Rodamiento Baleromex IS 4 $15 $60
Perfil L Aceros Tultitlan 2" x 2” 1x6m $220 $220
Reductor Baleromex NRV-025-15 1 $1,800 $1,800
Placa Cold rolled Aceros Tultitlan 3”x5”x1/2” 1 $400 $400
Soporte brida Baleromex IS 4 $50 $200
Tornillos Allen Ferretodo Misceláneos 20 $2 $40
Rodamiento Baleromex 2 $30 $60
Barra acero Aceros Tultitlan 40-41 1/2”x7” 1 $200 $200
Recubrimiento Speed service Poliuretano dureza 1 $5,000 $5,000
Husillo Aceros Tultitlan IS 2 $450 $900
Lamina Aceros Tultitlan IS 5 $200 $200
Ruedas Jaytag IS 4 $100 $100
Tuercas Ferretodo Misceláneos 20 $2 $40
Total $10,284
Tabla 12. Cotización de dispositivos de sistema mecánico.
60
SISTEMA ELÉCTRICO
Dispositivo Proveedor Código Cantidad Costo Pieza Costo total
PLC Siemens logo230RC 1 $1,500 $1,500
Motor CA Siemens NEMA 1/2 HP 1 $1,300 $1,300
Motor reductor CRYA CD 1 $300 $300
Variador de frecuencia Siemens Micromaster 410 1 $1,400 $1,400
Micro controlador Esteren AVR atmega8 1 $40 $40
Transformador Steren 12v 3 A 1 $100 $100
Display de LCD Steren 12 BITS 1 $50 $50
Tablero CDP PP 1 $200 $200
Botones CDP PP 1 $150 $150
Bornera CDP PP 1 $50 $50
Sensores de contacto CDP PP 4 $50 $200
Total $5,290
Tabla 13. Cotización de dispositivos de sistema eléctrico.
61
Por medio de los análisis se obtuvo un precio para la máquina de $ 25,000 que
como se muestra en la figura 4.1 un costo de maquinados de $ 4,200 y abarco un
17%; costo del sistema mecánico de $ 10 284 abarcó el 41%; el costo del sistema
eléctrico de $ 5 290 abarcó el 21%; el costo de herramientas de $ 1,400 y abarco un
6% y finalmente el costo de mano de obra de $ 3,826 y abarco un 15%.
Fig. 4.1 Grafica de análisis económico.
62
DISCUSIÓN
A continuación se presentan los elementos con mayor discusión y a su vez se hará
un análisis para realizar la elección adecuada tomando en cuenta las características
relevantes de cada uno de estos.
A.- Perfil estructural
A1 Perfil de ángulo Perfiles generalmente usados en la construcción de
A2 Perfil cuadrado estructuras o soportes.
A3 Perfil “C”
B.- Elementos de transmisión
B1 Banda polea: Pueden ser asíncronas o asíncronas. Manejan poca
potencia. Generalmente se usan cuando el sistema
requiere velocidad.
B2 Catarina cadena Son sincronías. Manejan elevadas potencias. Suelen
tener cierta holgura entre sus partes.
C.- Bridas
C1 Pared Son de fácil acoplamiento al sistema.Brindan el soporte
C2 Omega adecuados para los ejes.Su forma se elige dependiendo
C3 Ovaladas del área donde se encuentre el eje.
D.- Control
D1 PLC Sistema de control programable. Muy utilizado en la
industria. Es fácil de programar e instalar. Utilizado
comúnmente en procesos secuenciales
63
D2 Micro controlador Es un microprocesador optimizado utilizado para
controlar equipos electrónicos. Requiere de la
construcción de etapas de potencia para el control de los
motores
E.- Motor de movimiento de rodillos de corte
E1 Monofásico Motor energizado con una sola fase (120 VAC), para
cambiar el sentido de giro es necesario de algunos
elementos mecánicos
E2 Bifásico Motor energizado con dos fases (220, VAC) pero
comúnmente esta instalación sólo se encuentra en
Europa
E3 Trifásico Motor energizado en tres fases (220, 440 VAC). Permite
hacer el cambio de giro mediante el manejo de sus
fases.
F.- Material de recubrimiento para rodillos
F1 Naylamid Es un plástico proveniente de otras familias de
polímeros. Presenta excelentes propiedades a la
resistencia mecánicas, químicas, desgaste etc.
F2 Poliuretano Polímero con una excelente resiliencia. Se encuentran
tanto flexibles como duros, variando solo un poco la
tenacidad del polímero.
F3 Nylon Polímero artificial muy resistente y elástico,
generalmente usado como fibra textil.
64
MATRIZ DE SELECCIÓN DE ELEMENTOS CRIÍTICOS
ELEMENTOS OPCIONES OBSERVACIONES
PERFIL ESTRUCTURAL
A1
A2
A3
El Ángulo se aplica en estructuras livianas y
pesadas donde las partes van unidas por
soldadura o empernadas y son capaces de
soportar esfuerzos dinámicos.
ELEMENTOS DE
TRANSMISIÓN
B1
B2
Debido a que no es necesario precisión se
seleccionaron las cadenas y catarinas que son
capaces de mantener la potencia y sincronía del
sistema.
BRIDA
C1
C2
C3
Las bridas son óptimas para este sistema debido
a la forma de acoplamiento en los rodillos.
CONTROL
D1
D2
Permite tener estandarización en el sistema y su
programación es sumamente sencilla.
MOTOR DE MOVIMIENTO
DE RODILLOS DE CORTE
E1
E2
E3
Un motor trifásico nos permite cambiarle el giro
y generalmente en las industrias hay
alimentación trifásica.
MATERIAL DE
RECUBRIMIENTO PARA EL
RODILLO
F1
F2
F3
Se seleccionó este material debido a su capacidad
de resiliencia que presenta así como su
resistencia.
Elemento seccionado
65
RECOMENDACIONES
1 Es posible implementar la máquina diseñada dentro de una célula flexible
de manufactura, haciendo esta totalmente automática.
2 Se podría implementar un sistema de expulsión automático del material
3 Es posible implementar un sistema de bandas para desplazar el material a
cortar hacia los rodillos, pues estas cuentan con mayor tracción,
consiguiendo así menos intervención del hombre durante el proceso.
4 Es necesario cambiar o rectificar el rodillo según se requiera.
5 Se recomienda colocar un sistema motriz que transporte la máquina de un
lugar a otro.
66
CONCLUSIONES
Para finalizar la presente proyecto, podemos apreciar que la máquina diseñada en
este trabajo cumple y satisface cada uno de los objetivo planteados, pues se logró
obtener una seguridad adecuada para mantener mínimos los riesgos que pueda
existir para el trabajador, lográndose esto con el uso de un sistema que no
permitiera la invasión por parte del operador en el área de corte.
Se contemplaron los costos, ya que se obtuvo una reducción muy considerable en
comparación a otros sistemas ya existentes que en su mayoría son importados. Lo
cual pudimos demostrar en el análisis económico, debido a que el equipo de
trabajo pudo sustituir y construir elementos, que en su mayoría tenían que ser
importados aumentando con esto, el costo de la máquina.
Fue posible aumentar los niveles de producción requeridos por el cliente, ya que al
aplicar un sistema más dinámico, es posible trabajar y aprovechar las dos áreas de
trabajo con las que cuenta la máquina, además ahora se puede realizar un trabajo
limpio es decir un corte de los materiales en un solo ciclo, reduciendo con esto los
tiempos ciclo.
67
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Resiliencia La capacidad de un material de recobrar su forma original después
de haber sido sometido a altas presiones, correspondiéndose, en este caso, con la
energía que es capaz de almacenar el material cuando se reduce su volumen.
Suajadora Máquina que realiza el corte mediante suajes.
Suaje Es una herramienta confeccionada con placa de acero para cortar, doblar o
marcar materiales blandos, como: papel, tela, cuero, etc.
Yunque Es una herramienta de herrería, hecha de un bloque macizo de piedra o
metal que se usa como soporte para forjar metales como hierro o acero.
Hendidor (o hendedor) Es un utensilio, tallado en piedra, se caracteriza por ser un
instrumento alargado, de grandes o medianas dimensiones, con un filo terminal
transversal al eje morfológico de la pieza.
Chapa Es una lámina delgada de metal, que se utiliza para las construcciones
mecánicas tales como carrocerías de automóviles, cisternas de camiones, etc.
Cizalla Es una herramienta manual de corte que se utiliza para cortar papel,
plástico y láminas metálicas de poco espesor.
Punzón es una herramienta manual que puede tener diferentes aplicaciones según
como esté construido, ya sea para marcar una pieza o trazar.
Flejes Son tiras de metal con filo en un lado
Embalaje Es el recipiente o envoltura que sirve para agrupar y transportar
productos o mejor conocido en el mundo del “Marketing” como Empaque.
Troquel máquina de bordes cortantes para recortar o estampar, por presión,
planchas, cartones, cueros, etc.
68
Pleca Conjunto de suajes con una forma predefinida incrustados sobre una placa
de madera o metal
69
FUENTES DE INFORMACIÓN
Bibliografía
1. Hernández y Rodríguez, Sergio, “Fundamentos de la administración”, MC
Graw Hill
2. Garza Treviño Juan Gerardo, “Administración contemporánea un reto para
la empresa”, Aalambra mexicana
3. Mabie y Reinholtz, Mecanismos y dinámica de maquinaria, Ed. Limusa, 2004
Mesografia
1. Wikipedia (2007) "Troquel Cortante" [en linea].
http://es.wikipedia.org/wiki/Troquel_%28cortante%29 [Consulta: 10 octubre 2007]
2. Suajes Azcapotzalco "Suaje" [en linea]
http://www.suajesazcapotzalco.com/suajes.html [Consulta: 10 octubre 2007]
3. Termoformadora y Empaques "Suajadora de Rodillos" [en linea]. http://www.evsapak.com/maquina4.html [Consulta: 10 octubre 2007]
4. Afisa Matic "Suajadoras" [en linea]
http://www.afisamatic.com.mx/ [Consulta: 10 octubre 2007]
5. Clamco Corporation "Suajadoras" [en linea]
http://www.clamcocorp.com/prodc.htm [Consulta: 10 octubre 2007]
70
6. Cosmos "Suajadoras" [en linea] http://www.abc-pack.com/default.php/name/Blisters/cPath/90 [Consulta: 10 octubre 2007]
7. Pack ABC [en linea] http://industry-portal.com/env/_ip__s__.htm [Consulta: 10 octubre 2007]
8. Makina erremintaen musea "Corte y deformacion" [en linea] http://www.museo-maquina-herramienta.com/historia/Lehenengoko-erremintak/xaflaren-ebaketa-deformazioa [Consulta: 10 octubre 2007]
Entrevistas
Nombre: Luis García,
Empresa: Especialidad en Maquilados de México
Cargo: Director general
Nombre: Laura Delgado Morales
Empresa: Especialidad en Maquilados de México
Cargo: Gerente de compras
Nombre: Felipe de Jesús Tapia Martínez
Empresa: Especialidad en Maquilados de México
Cargo: Supervisor de Producción
Nombre: Víctor Delgado Cortez
Empresa: Especialidad en Maquilados de México
Cargo: Ingeniero de Mantenimiento
71
ANEXO A
Descripción de los Departamentos que comprende la Empresa Especialidad en
Maquilados S.A.
REPRESENTANTE:
Es aquel que interviene directamente con la compañía que contrató el Out Sourcing.
A él se le entrega el trabajo en forma esquemática y detallada de lo que se va a
realizar, un ejemplo seria el ensamble de una caja o el embalaje de productos, un
etiquetado o sellado
ADMINISTRACIÓN:
La administración de esta compañía es literalmente sencilla ya que sólo cuenta con
tres sub-departamentos que son: contabilidad, ventas y compras. En los cuales
trabaja una persona dentro de cada uno de estos
CONTABILIDAD:
En este departamento se lleva a cabo el control de las entradas y salidas de capital
en la compañía, tales como: facturación, créditos, pagos y movimientos fiscales, así
como declaraciones de impuestos y deducciones etc.
VENTAS:
Este departamento es importante, ya que esta persona es la encargada de la venta
del Out Sourcing al cliente HENKEL, son los encargados de conseguir todo el
trabajo dentro de la maquila, además de pactar tiempos de entrega del trabajo
terminado.
72
COMPRAS:
Es el departamento encargado de proporcionar todos los medios y materiales
necesarios para la producción, desde una máquina hasta materia prima, por lo
tanto, este tiene que revisar los procedimientos y el uso de material para la
producción requerida y sus características, para cotizar los materiales necesarios.
PRODUCCIÓN:
En este departamento se realizan las tareas encomendadas por el cliente y son
dirigidas por el representante, el cual tiene la idea más clara de lo que el cliente
solicita y se encarga de supervisar cómo deberá de presentarse el producto final
tanto en especificaciones como acabados. Para este proyecto se presentan cinco
tareas que son: corte, termo formado, etiquetado, ensamblado y emplayado.
SUPERVISIÓN:
Básicamente es la persona que capacita a los trabajadores en las tareas a realizar.
Determina la secuencia de labores junto con el encargado de compras, además
vigila o supervisa que las tareas se ejecuten correctamente y de manera
conveniente en los tiempos necesarios para que el trabajo esté listo en la fecha
pactada.
ETIQUETADO:
Básicamente es colocar adheribles sobre cajas para identificación de un producto. A
esta tarea se le asignan hasta tres empleados según sea la demanda o el volumen a
producir.
TERMO FORMADO:
Es la realización de un molde echa con un material plástico (PET) el cual es
calentado por medio de aire caliente para ser someterse al vacío sobre un molde y
así adopte la forma final este procedimiento lo realiza una máquina y un operario.
73
CORTE:
Existen tres tipos de corte para implementación en maquilas estos son: el suaje, la
guillotina y el “offset”. Dentro de los procesos que esta organización implementa
es el suaje y el de guillotina. Este último se puede realizar con máquina o
simplemente con tijeras, manualmente. Respecto al suaje, es aquí donde la
investigación se enfoca, ya que la maquina que se pretende mejorar en la presente
investigación es para realizar corte por medio de suajes debido a que dentro de
esta área se encuentran un total de tres operarios para realizar esta tarea y existe
un cuello de botella considerable en esta area.
ENSAMBLADO:
Es aquí donde los productos que requieren de más de dos operaciones toman se
unen para conformar el producto final antes del empaquetado.
EMPAQUETADO:
Existen ocasiones que el trabajo a realizar sólo se trata de empaquetar productos a
granel. Esta tarea se realiza en este departamento así como también la de
empaquetar productos que requieran de más procesos, la cantidad de obreros
depende de los volúmenes de trabajo requeridos.
74
ANEXO B Planos de la suajadora.
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
ANEXO C Especificaciones de Catarinas.
85
Fig.5.2 Mecanismo de elevación del rodillo superior y soporte para el rodillo inferior
ANEXO D Desarrollo de Proyecto.
Una vez que se tiene el diseño se procedió a comprar y maquinar todos los
elementos necesarios para el ensamble del prototipo tales como: placas de
aluminio, tornillos, perfiles, catarinas, cadena, rodamientos etc. Fig. 5.1.
Una vez que se tienen todas las piezas se procede a ensamblar cada una de las
partes de la suajadora como el mecanismo de elevacion. Fig. 5.2.
Fig.5.1 Maquinado de las piezas
86
Se construye la base del prototipo y se ensambla el mecanismo de elevacion
Fig. 5.3.
Se fijan los motores a la estructura del prototipo y se alinea con el mecanismo de
tracción de los rodillos Fig. 5.4.
Fig.5.3 Base de soporte del prototipo
Fig.5.4 Motor del mecanismo de tracción de los rodillos
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Se colocan las catarinas en los ejes de los rodillos se alinean con el motor Fig. 5.5.y
se ensambla el mecanismo de tensión Fig. 5.6
Fig.5.5 Alineación de la cadena
Fig.5.6 Ensamble del sistema de tensión de la cadena
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Finalmente se coloca la parrilla y la cadena del mecanismo de elevación Fig. 5.7
Y así se tiene el prototipo terminado Fig.5.8
Fig.5.7 Ensamble de la Parrilla y de cadena superior
Fig.5.8 Prototipo Terminado