Embed Size (px)
Citation preview
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL“La Técnica al Servicio de la Patria”
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍAMECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD AZCAPOTZALCO
“DISEÑO DE MECANISMO DE TORNILLO SIN FINPARA MÁQUINA LLENADORA
DE BOLSAS DE LAVATRASTES EN POLVO”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECÁNICO.
PRESENTA:
SERGIO DANIEL GONZÁLEZ SANDOVAL
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL“La Técnica al Servicio de la Patria”
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍAMECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD AZCAPOTZALCO
“DISEÑO DE MECANISMO DE TORNILLO SIN FINPARA MÁQUINA LLENADORA
DE BOLSAS DE LAVATRASTES EN POLVO”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECÁNICO.
PRESENTA:
SERGIO DANIEL GONZÁLEZ SANDOVAL
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL“La Técnica al Servicio de la Patria”
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍAMECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD AZCAPOTZALCO
“DISEÑO DE MECANISMO DE TORNILLO SIN FINPARA MÁQUINA LLENADORA
DE BOLSAS DE LAVATRASTES EN POLVO”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECÁNICO.
PRESENTA:
SERGIO DANIEL GONZÁLEZ SANDOVAL
OBJETIVO GENERAL.
Desarrollar una solución económicamente factible para el aprovechamiento de lamaquinaria existente en una planta de productos de consumo humano y limpieza, mediantela propuesta de mejoras aplicables en funcionamiento mecánico y seguridad.
Ambas necesidades deben cumplir con el requisito de ser aplicables de una manera sencilla,evitando así la inversión de capital en maquinaria nueva, pérdidas de miembros humanos yde orden económico ocasionados por accidentes, modificación del área de trabajo,adaptación del personal y del proceso productivo a nueva infraestructura.
OBJETIVOS PARTICULARES.
El apartado de Alcance del Proyecto establecerá un punto de partida y fin para el desarrollodel trabajo, evitando así la omisión de aspectos fundamentales o la inclusión de aspectosinnecesarios.
El capítulo de Generalidades tiene por objetivo proporcionar información general paracomprender el tipo de entorno de la compañía, del proceso por mejorar y establecer lascondiciones actuales de operación y funcionamiento.
En el capítulo de Normatividad serán establecidos los lineamientos internos para el diseño deguardas y protecciones para maquinaria existente dentro de la planta.
El objetivo del apartado de Justificación es identificar y analizar la problemática a atacardurante el desarrollo del trabajo.
En el capítulo de Diseño se detallaran los medios y procedimientos a través de los cuales seencontrará una solución a la problemática establecida. Apoyándose en diagramas, planos deensamble, planos de detalle, despieces, memoria de cálculo, especificación de materiales yaccesorios.
En el capitulo de Estudio Económico se busca determinar el costo total que implicaría llevar acabo la propuesta de solución.
ALCANCE DEL PROYECTO.
Recordando el objetivo general de este trabajo, que es el aprovechamiento de la
infraestructura de la maquinaria actual de la planta, mediante su adecuación, el alcance del
proyecto establece que no se deberá modificar el funcionamiento y operación de la máquina,
únicamente encontrar una solución que se apegue a los requerimientos y normatividad
establecida, utilizando los mecanismos y espacios disponibles.
Además, no perder de vista que el diseño debe ser viable desde el punto de vista
económico y en tiempo de fabricación y montaje.
JUSTIFICACIÓN.
Desde las últimas décadas del siglo pasado, y hasta la actualidad, el consumo deproductos para la higiene y cuidado personal ha registrado un importante crecimiento. Enalgunos casos la publicidad ha incrementado esta tendencia, al grado de convertir unanecesidad en lujo.
Es debido a esta demanda, y a las exigencias del mercado global, que las grandescompañías se han visto obligadas a buscar mejores caminos para lograr sus objetivos, y unode estos es la optimización de todos los recursos que intervienen en el proceso productivo.Entre estas partes fundamentales encontramos a los recursos humanos, mismos querequieren entre muchas otras cosas, de un ambiente seguro para laborar, más aun en unainteracción hombre-máquina. Es por eso que este trabajo se focaliza en el aprovechamientode las técnicas de mantenimiento industrial, específicamente el diseño de elementos demáquinas y en la seguridad industrial, además busca cumplir con los requerimientosestablecidos por organismos internacionales y locales que mantienen bajo un exhaustivoescrutinio a compañías transnacionales de primer nivel, como es este caso.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Debido a la antigüedad de la máquina, se presentan 2 problemas principales:
1. El mecanismo del sistema de dosificación de detergente en polvo, actualmenteoperado por un pistón neumático, ha presentado demasiadas fallas, debido a labaja presión presentada en la red de aire comprimido. Se busca sustituir elmecanismo neumático actual por un mecanismo mecánico de transmisión, deengrane y tornillo sin fin, operados por un servomotor.
2. La máquina no cuenta con ninguna protección para el operador o todo el personalque labora y/o circula cerca de la máquina. Partes móviles y mecanismos, conposibilidad de atascamiento. Se busca diseñar e instalar una barrera física entre eloperador y las partes peligrosas de la máquina, tanto por ser partes en movimientocomo por contar con componentes de alta temperatura.
CAPÍTULO I.
GENERALIDADES DELPROYECTO.
Planteamiento de las condiciones generales de la empresa, suhistoria, organización y funcionamiento del departamento dondese desarrolla el proyecto.
CAPÍTULO I. GENERALIDADES DEL PROYECTO.
1.1. RESEÑA DEL CAPÍTULO.
Conocer a grandes rasgos el entorno y las circunstancias de la compañía es fundamental
para comprender la importancia y trascendencia de este proyecto. Es por eso que a
continuación se abordan aspectos generales referente a la empresa, su departamento de
lavatrastes, la fabricación del mismo y principalmente el proceso de envasado que es donde
se concentra el trabajo.
1.2. BREVE HISTORIA DE LA COMPAÑÍA.
La historia de la compañía comienza en la ciudad de Nueva York, en los Estados Unidos
de Norteamérica, cuando en 1806 nace como empresa pionera en la producción de jabones
y es la primera en producir pasta dental envasada en tubos similares a los que se usan
actualmente.
Ante su inminente crecimiento y con el deseo de traspasar las fronteras, la empresa llega
a México en 1925, buscando abrir nuevos mercados e impulsar entre la población los
modernos hábitos de higiene que empezaban a popularizarse en diversos puntos del planeta,
como resultado de los cambios introducidos en los estilos de vida.
En muy poco tiempo, debido a que la competencia de la época ofrece artículos sin marca,
de fabricación casera y con muy pobre distribución, los productos de la empresa se ganan un
lugar en los comercios de las grandes y pequeñas ciudades, posicionándose como los
mejores para la higiene personal en todo el país. El jabón y la crema dental se imponen
paulatinamente como mercancía de marca.
Entre 1932 y 1950 tiene lugar un vertiginoso lanzamiento de nuevos artículos de belleza y
para el cuidado personal, como innovadoras presentaciones de jabones, cremas dentales y
artículos de belleza.
La empresa cumple 25 años de haberse establecido en el país en 1950 y en este año
inaugura sus instalaciones de la Colonia Irrigación, en la Ciudad de México. Ahí comienza la
fabricación de una amplia variedad de productos, que se lleva a cabo con la más avanzada
tecnología del momento.
En los años entre 1950 y 1960, la compañía realiza un gran número de nuevos
lanzamientos: el limpiador en polvo, la brillantina, los limpiadores líquidos, las cremas para el
cuidado de la piel y el primer shampoo para ropa fina.
También, como parte de la diversificación de productos, en los años setenta y ochenta se
ponen en el mercado: lavatrastes en polvo, y detergente para máquinas automáticas.
Actualmente la planta se encarga de elaborar jabón en barra, detergentes en polvo y
lavatrastes en pasta y polvo. Los demás productos mencionados anteriormente como la
pasta dental, jabón líquido y artículos para cuidado personal se fabrican en otras plantas al
interior de la Republica Mexicana o en otras partes del mundo.
1.3. DISTRIBUCIÓN DE ÁREAS DE LA PLANTA.
En la Republica Mexicana existen dos planta de producción de la empresa, una
ubicada en la ciudad de San José Iturbide, en Guanajuato donde se elaboran productos para
el cuidado dental y la otra planta es la de la Ciudad de México, encargada de elaborar el
jabón en barra, lavatrastes y detergentes, para lo cual se requiere gran cantidad de espacio
para el manejo de materia prima, generación y distribución de servicios como aire
comprimido, vapor, instalaciones eléctricas, producción, almacenamiento además de todas
las oficinas de administración, recursos humanos, área de ventas y otros departamentos. Por
eso a continuación se presentan las diferentes áreas de la planta con su plano general.
Tabla 1. Distribución de áreas de la planta. La planta se encuentra distribuida endiferentes áreas, por edificios y niveles, siendo los edificios A, B, C, Q y Q1 en segundo ytercer piso donde se concentra la producción de jabón y lavatrastes. El resto de las áreas sonde almacén, administrativas y manejo de servicios y materia prima.
EDIFICIO SOTANO 1er. PISO 2do. PISO 3er. PISO 4to. PISO 5to. PISO AZOTEA
A Bodega material deempaque Bodega embarques Palmolive acabado Palmolive secado Oficinas fábrica Palmolive secado
B Jabón lavanderíaacabado Bodega embarques Articulos de
tocador acabado
Articulos detocador
manufacturaOficinas fábrica
C Jabón lavanderíaacabado
Bodega embarques,Manufactura Octagon
Detergentesllenado Tolvas detergentes Manufactura
detergentesManufacturadetergentes
Control emisión depolvos
D Pailas Pailas
E Glicerina y grasas Glicerina y grasas Grasas
F Almacén de sal,silicato y brea
G Calderas
H Manufactura detergentes Manufacturadetergentes Torres de secado
I Manufactura detergentes Tanques silicato
J Subestación 2
K Taller mecánicocentral
L Comedor
M Tienda, baños yvestidores Baños y vestidores Oficinas finanzas
N Taller deajustadores
O Relaciones laboralesy sindicato Oficinas generales Oficinas generales
P Sistemas Oficinasl generales Ventas Oficinas generales Oficinas generales
Q Producto terminado Producto terminado Manufacturacrema dental
Q1 Producto terminado Producto terminado Manufacturacrema dental
R Tejaban de basura
S Planta de tratamientode agua
T Subestación 4
U Reacondicionamiento
V Pit de azufre
W Planta diesel
X Planta neutralización
Y Subestación 3
Z Subestación 1
AI Bodega inflamables
XI Planta Chemiton
A continuación se muestran las máquinas en estudio y del proceso de envasado:
Figura 1. Parte posterior de máquina llenadora y formadora de bolsas donde se encuentra elrollo de “film” de polietileno.
Figura 2. Vista general de los transportadores de banda del área de empacado donde lasbolsas llenas son llevadas para empacarse en cajas de cartón.
Figura 3. Cajas de cartón con bolsas de lavatrastes siendo colocadas en tarimas de madera.
Figura 4. Área de producto terminado donde se almacenan las tarimas con cajas de bolsasde lavatrastes, listas para embarque.
1.4. DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO.
El jabón era conocido por la mayoría de culturas antiguas, que lo usaban tanto para elcuerpo como para la ropa. Lo hacían con agua, grasas vegetales o animales, y cenizasvegetales o sustancias minerales como la sosa cáustica. A partir del siglo II, varias ciudadesfueron centros productivos importantes de jabón, y lo distribuían por toda el áreamediterránea.
Hasta el siglo XV, uno de los principales núcleos de vida social en las ciudades eran losbaños públicos. Después, éstos fueron considerados inmorales, y el jabón pasó a ser algo aevitar. Se vestía la misma ropa durante semanas, y los malos olores se tapaban conperfumes. No se volvió a apreciar el jabón hasta entrado el siglo XVIII, cuando los médicosse dieron cuenta de la importancia de la higiene para la salud. Además, la industrialización ylas importaciones de grasas baratas de las colonias facilitaron la fabricación de jabones agran escala.
En latín, detergere quiere decir limpiar. Un detergente es una sustancia que limpia,gracias a tener estas dos propiedades:
Reduce la tensión superficial del agua, de manera que las moléculas de agua no sesienten tan atraídas mutuamente, y pueden penetrar mejor en la superficie a limpiar(por ejemplo un tejido).
Las moléculas del detergente tienen un polo lipófilo, que combina bien con las grasas,y un polo hidrófilo, que combina bien con el agua. La suciedad - que está adherida alos tejidos mediante partículas oleosas - atrae a los polos lipófilos, y los poloshidrófilos quedan dispuestos hacia fuera y rodeando la suciedad, de forma que el aguaarrastra todo el conjunto.
El jabón tiene estas dos propiedades, y por lo tanto es un detergente. A partir de 1930 seempezaron a sintetizar sustancias detergentes derivadas del petróleo. Después sedescubrieron otros ingredientes que, añadidos a las sustancias detergentes, daban alconjunto una mayor capacidad limpiadora. Hoy, cuando decimos detergente nos referimos atodo el conjunto.
El rozamiento (que se consigue con las vueltas de las aspas de las lavadoras) y unacierta temperatura ayudan a que el detergente limpie más.
1.4.1. Composición.
Las componentes principales de los detergentes actuales son las siguientes:
Tensioactivos o surfactantes: Son la sustancia detergente propiamente dicha. Según laspropiedades químicas, se clasifican en aniónicos, catiónicos, no iónicos y anfóteros (cadatipo tiene propiedades limpiadoras diferentes).
Potenciadores o constructores: Retienen el calcio y el magnesio que pueda haber en elagua, y evitan que la suciedad se vuelva a depositar en el tejido. Se dice que el agua es durasi contiene mucho calcio o magnesio.
Enzimas: Rompen las moléculas de las manchas proteínicas (huevo, leche, sangre), paraque el agua se las pueda llevar.
Blanqueadores: Dejan la ropa más blanca y eliminan las manchas más difíciles.
Abrillantadores ópticos: Son sustancias fluorescentes que no se van al aclarar la ropa.Reflejan los rayos ultravioletas del sol, de manera que la ropa parece más blanca de lo quees (de hecho, le dan un tono azulado o verdoso, según la marca). En la ropa de color, loscolores quedan más vivos.
Perfumes: Dan olor a la ropa.
Relleno: No tiene ninguna función limpiadora, sólo se pone para aumentar el volumen deldetergente. Dependiendo de la fórmula, puede representar desde un 5% hasta un 45% deltotal de materia. Los detergentes concentrados no llevan.
1.4.2. Proceso de elaboración.
La fabricación industrial de detergentes es un proceso relativamente sencillo. Lasmaterias primas se mezclan con agua hasta que forman una pasta. Después se hace laatomización, que consiste en transformar la pasta en polvo: la pasta pasa por un tubo apresión y entra en una gran torre, donde es "rociada" con aire caliente a contracorriente. Elaire evapora el agua de la pasta y se forma el polvo (es más o menos fino según la presióncon la que ha salido del tubo y el diámetro de los orificios del "rociador"). Algunos de losingredientes, que no pueden resistir la temperatura del aire caliente o la humedad, se añadenal polvo obtenido después de la atomización. A continuación, el polvo se revuelve en untambor que gira, para obtener una mezcla homogénea. Finalmente, pasa por un cedazo quesepara las partículas demasiado finas o gruesas.
1.4.3 Envasado.
Específicamente en este trabajo, el producto es depositado en bolsas de polietileno dealta densidad, a través de la máquina llenadora y formadora de bolsas que se describe enforma y funcionamiento más adelante. En las últimas décadas los detergentes y lavatrastesen polvo se han comercializado en empaques de este tipo con diferentes capacidades, espor eso que es importante conservar la infraestructura existente para continuarcomercializando tales productos, cuya presentación en bolsas de polietileno se haestablecido en las costumbres del consumidor final. Posteriormente las bolsas sondepositadas en cajas de cartón para su distribución. En la figura 5 se pueden observar 2bolsas de de producto en su presentación de 1 kilogramo.
Figura 5. Aquí se muestra la presentación tradicional de1 kg. de lavatrastes en polvoenvasado en bolsas de polietileno para su comercialización al menudeo.
En la figura 6 se muestra el proceso de empacado, inmediato posterior al llenado debolsa, donde se deposita la cantidad de bolsas necesarias de acuerdo a los requerimientosde producción.
Imagen 6. Caja de cartón con bolsas de lavatrastes lista para sellarse con cinta adhesiva ycolocarse en tarimas de madera.
1.5. DIAGRAMA GENERAL DE LA MÁQUINA LLENADORA DE DETERGENTES.
Figura 7-A. Diagrama general de la máquina llenadora y formadora de bolsas de lavatrastes en polvo. Vista lateral.
En las figuras 7-A y 7-B se muestran las partes principales de la máquina llenadora yformadora de bolsas que funciona a través de un tubo formador y dosificador, el cual esenvuelto por la película de polietileno. A través del tubo se deposita el producto en polvo y labolsa es sellada lateralmente por el sellador vertical y sellada y cortada en la parte superior einferior por el sellador horizontal. La bolsa llena y cerrada cae en una banda transportadoralista para su empaque en cajas de cartón.
Figura 7-B. Diagrama general de la máquina llenadora y formadora de bolsas de lavatrastes en polvo. Vista frontal.
1.6. FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA LLENADORA DE DETERGENTE.
El proceso de funcionamiento de la máquina llenadora de detergente en polvo, quedadescrito en la figura 8 mediante el diagrama de bloques:
Figura 8. Diagrama de bloques de proceso de llenado de bolsa de lavatrastes.
Figura 9. Operación 1, sellado lateral de bolsa.
La figura 9 muestra la operación inicial de la máquina, cuando el sellador lateral es activadopara sellar la parte lateral de la bolsa. En esta operación el sellador horizontal se encuentraabierto y el tubo de bolsa aún no tiene el fondo sellado. Esta operación se realiza únicamenteen el arranque de la máquina.
Figura 10. Sellado de fondo de bolsa.
La figura 10 muestra cuando el sellador horizontal sella el fondo del tubo de bolsa antes deiniciar el vaciado del producto. Esta operación se realiza únicamente al arranque de lamáquina.
Figura 11. Inicio de llenado de bolsa y arrastre.
En la figura 11 se observa que después de ser sellado el fondo de la bolsa, el selladorsostiene y jala hacia abajo la bolsa tubular, simultáneamente la porción de producto en polvocomienza a ser depositado a través del tubo formador y dosificador. Esta operación permiteque el plástico sea desenrollado de su carrete, envolviendo el tubo formador y obteniendo asíla forma y tamaño requerido.
Figura 12. Fin de llenado de bolsa y arrastre.
La figura 12 muestra cuando el sellador horizontal llega a su posición inferior, la porción deproducto habrá sido totalmente depositada en la bolsa y se abre el sellador horizontal enposición inferior.
Figura 13. Arrastre de sellador horizontal y sellado lateral.
En al figura 13 se muestra la operación final del ciclo de llenado, donde una vez terminado elvaciado del producto, el sellador horizontal se abre y comienza su arrastre de posicióninferior a posición superior. Mientras el sellador lateral es activado para sellar el costado de labolsa.
Figura 14. Corte de bolsa.
La figura 14 muestra cuando la bolsa llenada y sellada por ambos lados cae sobre la bandatransportadora para ser empacada. La parte inferior de la siguiente bolsa es sellada ycomienza nuevamente el ciclo.
1.7. EL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL Y EL DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINASCOMO HERRAMIENTAS PARA LA OBTENCIÓN DE MEJORAS EN LA MÁQUINALLENADORA.
El mantenimiento es la conservación de la maquinaria y equipo con el fin de maximizar sudisponibilidad. Esta área se ha perfilado tanto que hoy en día ocupa un lugar importante en laestructura de las organizaciones e inclusive es una de las áreas primordiales para mantenery mejorar la productividad.
Así como el departamento de mantenimiento ha mejorado, la gente que lo lleva a cabotambién ha sufrido cambios y han pasado de ser técnicos multiusos a especialistas queconocen perfectamente su área de trabajo.
Actualmente el mantenimiento industrial tiene un gran auge, y que además involucra nosólo al personal de mantenimiento sino también a toda la organización como con el nuevoconcepto de mantenimiento productivo total, permite llevar a cabo un mantenimientoproductivo a través de las actividades de pequeños grupos involucrando a todos los nivelesde la estructura organizacional de la empresa o Institución.
1.7.1. ANTECEDENTES DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.
La función del mantenimiento data desde que se inicia la época industrial, donde ademásnace la necesidad de dar mantenimiento a la maquinaria.
Llegando a la primera década del siglo XVII en el Reino Unido, uno de los países másindustrializados, contó en esa época con trabajos infrahumanos para hombres, mujeres,niños y ancianos que necesitaban subsistir. Con la llegada del invento de James Watt, lamáquina de vapor, empieza a surgir un cambio radical en el ambiente laboral que se vivía enaquel tiempo. Y con la llegada de la revolución industrial (1760 - 1830), se mejoran endemasía los tiempos de producción y con ello las condiciones de trabajo para los obreros.
En ésta época la conservación (preservación y mantenimiento) era de manera correctivaya que sólo se pensaba en arreglar la máquina y no en el servicio que ésta prestaba.
El advenimiento de la industrialización incrementó la necesidad de mantenimiento paraobtener una mayor disponibilidad de la maquinaria y equipo para la producción; y con ello lasmáquinas aumentaron su volumen, complejidad e importancia.
En la Primera Guerra Mundial (1914), se presenta un incremento en los volúmenes deproducción debido a las necesidades propias de una guerra de esa magnitud, por ello, lamáquina incrementa nuevamente su importancia y sus cuidados.
Esta es la forma de cómo nace el mantenimiento preventivo, que en la década de losveinte se considera costosa pero necesaria. Ya en los años cincuentas la máquina se integrapor dos factores que son: la máquina propiamente dicha y el servicio que ésta proporciona,en donde el servicio se mantiene y el recurso se preserva. Como la importancia de lamáquina todavía quedaba en segundo término, un cierto grupo de proveedores de máquinas
realizaron estudios respecto a la fiabilidad y mantenibilidad, con el fin de reducir losproblemas en la preservación de las máquinas y minimizar las actividades de mantenimientosin dejar que éstas fueran menos productivas. En 1970, el japonés Seichi Nakajimadesarrolla un nuevo sistema, el Mantenimiento Productivo Total (MPT) que hace hincapié enlo importante que resulta involucrar al personal de producción y al de mantenimiento en lasactividades de mantenimiento productivo, ya que ha dado resultados satisfactorios en lasindustrias de punta.
1.7.2. CONCEPTOS SOBRE MANTENIMIENTO.
Dada la relación tan estrecha entre los conceptos de servicio, calidad de servicio ymantenimiento, es necesario definirlos haciendo una relación entre ellos.
Máquina. Es todo artefacto capaz de transformar un tipo de energía en otro.
Servicio. Es la utilidad que presta una cosa o las acciones de un persona física o moral,para lograr la satisfacción directa o indirecta de una necesidad, siendo algo subjetivo ya quese determina por el concepto que una persona tiene , de lo que debe obtener de otra, enretribución del pago que de alguna manera efectúa
Calidad de servicio. Es el grado de satisfacción que se logra dar a una necesidadmediante la prestación de un servicio, implicando la presencia de dos personas o entidadesdiferentes, el que recibe el servicio y el que lo proporciona. Dicha calidad de servicio podráser evaluada y estar en relación directa con las expectativas del receptor del servicio.
Conservación Industrial (preservación y mantenimiento). Por definición tenemos que laconservación es toda acción humana que, mediante la aplicación de los conocimientoscientíficos y técnicos, contribuye al óptimo aprovechamiento de los recursos existentes en elhábitat humano, y propicia con ello, el desarrollo integral del hombre y de la sociedad. Ycomo concepto tenemos que es la función capital para conseguir que el producto final sea dealta calidad, ya que atiende al recurso en forma integral: su parte física (preservación) ymantener el servicio que proporciona el recurso dentro de la calidad esperada.
Preservación. Es la acción humana encargada de evitar daños a las máquinas existentes,se refiere al cuidado de la máquina y el costo de su ciclo de vida; puede ser correctiva si seejecuta para repararlo o preventiva si se ejecuta para proteger la máquina.
Existen dos tipos de preservación:
• La preventiva.• La correctiva.
Lo que las distingue, es el tiempo en que se ejecutan las acciones para evitar o corregir eldaño de la máquina. En la figura 15 se puede observar los diferentes tipos de preservaciónque se conocen y sus variantes posibles de acuerdo al personal que la lleva a cabo y el sitiodonde es realizada.
CLASIFICACIÓN DE PRESERVACIÓN.
Figura15. Clasificación de la preservación industrial.
• Periódica. Hace referencia al cuidado y protección racional de la máquina durante y enel lugar donde está operando. Esta a su vez se subdivide en dos niveles: el primero hacereferencia al nivel del usuario de la máquina, y el segundo al de un técnico medio.
• Progresiva. Se refiere a la revisión y reparación que se le ejecuta a la máquina cuandoésta no está funcionando. Se subdivide en tercero y cuarto nivel, donde el tercero hacereferencia a la labor de los talleres artesanales y el cuarto a la labor de terceros que cuentancon personal y talleres especializados.
• Total (overhaul). A ella pertenece el quinto nivel, que es ejecutado por el fabricante delequipo en sus propios talleres, pudiendo ejecutar cualquier tipo de reparación, reconstruccióno modificación.
1.7.3. ELEMENTOS DE MÁQUINAS EN EL DISEÑO MECÁNICO.
El diseño de elementos de máquinas es una parte integrante de un campo más amplio ygeneral como es el del diseño mecánico. En diseño mecánico, un proyectista o ingenie ro dediseño crea un dispositivo o sistema para satisfacer una necesidad específica. Un dispositivogenérico está constituido por partes en movimiento que transmiten potencia y realizan unmodo de movimiento específico. Un sistema mecánico se compone de varios dispositivosmecánicos.
Los productos del diseño mecánico se emplean en infinidad de campos. Productos deconsumo como máquinas corte césped, motosierras, herramientas eléctricas, puertas degaraje automáticas, electrodomésticos, son todos ellos dispositivos mecánicos. Los sistemasmecánicos empleados en la industria de transformación como máquinas herramientas,sistemas de montaje y embalaje automáticos, dispositivos de manipulación de cargas comotransportadores de cadenas, de rodillos, apiladores, grúas, transelevadores, entre otros.
En construcción, los principios del diseño mecánico se emplean para crear seguras yeficientes rotopalas, tractores, grúas móviles, camiones, máquinas para movimientos detierras, mezcladoras y muchos otros dispositivos. En la agricultura, tractores agrícolas,segadoras, recogedoras, trituradoras de maíz, empacadoras de trigo o hierba,transportadores de grano, etc.
El mundo de los equipos de transporte, automóviles, autobuses, camiones, aviones ybarcos, incluyen cientos de dispositivos mecánicos: sistemas de suspensión, apertura ycierres de puertas, sistemas de transmisión, antenas giratorias, entre otros.
Fundamentos de diseño:
Los diseñadores utilizan un amplio rango de técnicas y conocimientos en su trabajo diar io,incluidas las siguientes:
Dibujo. Procesos de fabricación . Resistencia de materiales. Cinemática. Diseño de elementos de máquinas. Estática. Dinámica. Conocimiento de materiales. Mecanismos. Diseño mecánico.
Determinados diseños requieren además de conocimientos de mecánica de fluidos,termodinámica, transferencia de calor, controles eléctricos y procesos químicos.Naturalmente, todos estos son campos específicos que precisan de técnicos calificados encada área de conocimiento.
1.7.4. CRÍTERIOS PARA EL DISEÑO DE MÁQUINAS.
La búsqueda de un diseño adecuado tiene que ajustarse hasta ser compatible condeterminados procesos de fabricación o en función del mercado al que se dirige. Porejemplo, los dispositivos que vayan a ser incorporados en aviones, deberán de ser de pocopeso, normalmente las piezas de máquinas en plantas de fabricación no tienen estasrestricciones de peso. Este tipo de restricciones pueden tener de hecho grandesimplicaciones en el proceso de diseño.
Cuando estamos cerrando un diseño, el proyectista debe establecer que criterios guiaránla toma de decisiones inherentes en cualquier proyecto, puesto que cada problema de diseñotiene varias soluciones alternativas, cada una de las cuales será evaluada en función de loscriterios de diseño establecidos. Puede no ser el diseño más simple, pero los diseñadoresdeben trabajar en dirección a obtener el óptimo. Esto es, el diseño debe reunir todas lasventajas posibles y minimizar los inconvenientes.
A continuación enumeramos los criterios de carácter general en diseño de máquinas:
Seguridad. Adecuación a especificación (grado en que el diseño alcanza o excede los
objetivos planteados). Facilidad de fabricación. Mantenimiento y reparación sencilla. Facilidad de operación. Bajo costo inicial. Bajo costo de operación y mantenimiento. Pequeño tamaño y bajo peso. Niveles de ruido y vibración mínimos, funcionamiento suave. Empleo de materiales y elementos comerciales de fácil adquisición. Juicioso empleo de diseños de piezas especiales frente al empleo de componentes
disponibles comercialmente. Apariencia atractiva y apropiada para la aplicación.
Se pueden aportar criterios adicionales y determinar la importancia relativa de los criteriosa aplicar en cada diseño. Por supuesto la seguridad es un parámetro primordial y eldiseñador puede ser demandado legalmente su alguien resulta dañado como consecuenciade un error de diseño.
Otro criterio importante es la apariencia, que el elemento o la máquina sean atractivo. Elresto de los criterios tienen una importancia distinta según el diseño de que se trate.
1.7.4.1. Cálculos en el diseño.
A lo largo de nuestros estudios, realizamos muchos cálculos. Es muy importante recogerde forma documentada todo el cálculo, completamente y en orden de ejecución. Es posibleque debamos explicar a otras personas como hemos llegado a la solución propuesta, quedatos de partida hemos tomado, que criterios hemos adoptado, que suposiciones y juicioshemos hecho. Esto será muy útil si alguien debe revisar el trabajo y no estamos presentespara poder explicarlo o contestar sus dudas. Además, una relación precisa de nuestroscálculos será muy útil en posteriores revisiones del diseño. Parece pues justificada lanecesidad de transmitir a otros de forma escrita y gráfica, como hemos llegado adeterminado diseño.
Para preparar una documentación precisa de nuestros diseños, deberemos tener encuenta los siguientes pasos:
1. Identificar el elemento que va a ser diseñado y la naturaleza del cálculo a realizar.2. Realizar un croquis del elemento, mostrando todas las características que afectan
a la forma o análisis de tensiones.3. Especificar el tipo de análisis que se va a realizar, como análisis de tensiones
debido a flexión, deformación de una viga, pandeo de una columna, etc.4. Realizar una lista de todos los datos e hipótesis asumidas en el cálculo.5. Escribir las fórmulas utilizadas con sus símbolos, e indicando de forma clara los
valores y unidades de las variables a que afecten.6. Resolver cada ecuación para la variable deseada.7. Introducir los datos, revisar las unidades y realizar las operaciones necesarias.8. Evaluar la idoneidad o no de los resultados obtenidos.9. Si el resultado obtenido no parece adecuado, modificar las condiciones de diseño y
recalcular, quizás un cambio de forma u otro tipo de material sean más adecuados.10.Una vez obtenido un resultado razonable y satisfactorio, especificar los valores
finales para todos los parámetros de diseño importantes, utilizando dimensionesnormalizadas, y empleando en lo posible componentes intercambiablescomerciales, materiales fácilmente localizables, etc.
1.8. LA SEGURIDAD INDUSTRIAL.
Para una compañía transnacional de primera línea la seguridad ocupacional es partefundamental dentro de su organización, ya sea por iniciativa propia o por cumplir con loslineamientos establecidos por organizaciones nacionales e internacionales de la materia.
Cualquiera que sea la razón, si no se siguen estrictamente las condiciones de seguridadestablecidas previamente, se corre el riesgo de un eventual accidente de trabajo, lo querepresenta daño físico y mental irreversible en uno o varios trabajadores, esto desde el puntode vista humano. Dentro del panorama económico, significan grandes pérdidas debido alretraso o paros en la producción, reparaciones necesarias después del accidente, montospor multas, entre otros aspectos a tratar. Es por eso que se hace un breve análisis de laseguridad laboral.
Según el ámbito o la época, en lugar del término seguridad laboral se utilizan o se hanutilizado diversas denominaciones para un concepto que en realidad es único: lascondiciones bajo las que se trabaja deben ser seguras, es decir, no deben suponer unaamenaza o una posibilidad significativa de sufrir un daño de cierta entidad, que puedaincapacitar aunque sea parcial y temporalmente, por parte de los trabajadores en relacióncon el trabajo.
Se trata, por lo tanto, de un asunto estrictamente laboral, con lo que son los trabajadoresquienes deben estar suficientemente protegidos para que la posibilidad de sufrir un daño conocasión del trabajo sea mínima. Puesto que los trabajadores por cuenta ajena desempeñanlas tareas asignadas por el empresario bajo su dirección y en las condiciones de trabajoimpuestas por él, es éste quien debe garantizar que tales tareas se lleven a cabo con elmenor riesgo de sufrir un daño posible.
El término seguridad, aunque responde a un concepto muy amplio, sin embargo unido ala oportuna calificación resulta ser preciso y rotundo, quizás menos ambiguo que otrasdenominaciones al uso. Así hay quienes prefieren utilizar el término salud laboral,refiriéndose al concepto amplio y universal de salud de la Organización Mundial de la Salud(OMS), para la que dicha palabra significa no solo ausencia de toda enfermedad, incluidaslas lesiones, sino el estado de bienestar físico, psíquico y social, lo que suele llevar aconnotaciones casi exclusivamente sanitarias. Con la distinción entre accidentes de trabajo(lesiones y en general daños inmediatos) y enfermedades profesionales (de curso más omenos largo) se acuñó el término seguridad e higiene del trabajo, refiriéndose tanto a lastécnicas de lucha contra los accidentes (seguridad) como contra las enfermedades (higiene)como a la calidad de unas condiciones de trabajo: Deben mantenerse seguras e higiénicas.
En todas las denominaciones citadas existe un elemento común: se trata de que eltrabajo se lleve a cabo de manera segura, con la mínima posibilidad de que se produzcandaños significativos.
Si bien la protección de la seguridad y la salud de los trabajadores en el trabajo, a través
fundamentalmente de la acción preventiva en los centros de trabajo, refleja un estado cultural
de fines del siglo XX, no deja de ser una consecuencia más del desarrollo de la humanidad y
de su incesante evolución a través de la Historia. Evolución no solo de índole cultural, sino
también técnica, científica, sociológica y económica.
Sin embargo aún persiste en el entorno del mundo del trabajo, y no solamente en él, una
cultura de la fatalidad, de lo inevitable e imprevisible y, por lo tanto, aparentemente ajeno a
nuestra voluntad y nuestro poder. Cuando se habla de que algo ocurre por accidente,
equivale a decir por casualidad, porque se entiende que no es posible preverlo y evitarlo. Y
nada más lejos de lo que son los accidentes y enfermedades causados por unas
inadecuadas condiciones de trabajo.
CAPÍTULO II.
NORMATIVIDAD
Selección de la normatividad aplicable para la implementación demejoras en la máquina llenadora.
CAPÍTULO II. NORMATIVIDAD.
Como resultado de la globalización, grandes regiones del mundo deben adoptarsistemas monetarios, regimenes económicos, hasta idiomas y horarios de países líderes enel ámbito económico y comercial, y las normas y estándares no son la excepción.
Las grandes compañías de productos de consumo, tienen como objetivo abarcar elmercado mundial, y para conseguirlo establecen estratégicamente plantas y centros deproducción en cada continente. Por lo tanto, sus procedimientos de trabajo, instalaciones,equipo, entre otros., deben de apegarse a la normatividad local, según la ubicación de cadaplanta.
Para evitar contradicciones, omisiones, y confusiones en el intento de cumplir con lasnormas obligatorias de cada región, la compañía ha realizado una compilación que adoptadiferentes consideraciones para el diseño de protecciones de máquinas. Los organismos deregulación son los siguientes:
ISO (Organización Internacional para la Estandarización). OSHA (Occupational Safety & Health Administration). ANSI (Instituto Nacional Estadounidense de Estándares). IEC (International Electrotechnical Comisión). EN (Normas Europeas). NFPA (National Fire Protection Association).
2.1. NORMAS AGMA.
Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes. La Asociación Americana deFabricantes de Engranajes (American Gear Manufacturers Association), también conocidapor de acuerdo a sus siglas en inglés AGMA; es el Grupo Comercial de las Empresas deFabricación de Engranajes.
2.1.1. Historia.
La AGMA fue fundada en 1916, actualmente hay alrededor de 430 empresasmiembros AGMA. La asociación está acreditada por el American National Standards Institute(ANSI) para establecer todos los estándares de Estados Unidos en lo que concierne a losengranajes . En 1993, se convirtió la AGMA en la Secretaría del Comité Técnico 60 (TC 60)de la ISO. El TC 60 es el comité responsable del desarrollo de todas las normasinternacionales de engranes. Además de la AGMA también preside una tercera parte de losactivos de los grupos de trabajo de la norma ISO relacionados con el engranaje.
2.1.2. Funciones de la AGMA.
AGMA acoge feria de la industria, Gear Expo, cada dos años. Expo Gear es la únicaferia dedicada a la fabricación de engranajes completo, y es uno de los espectáculos demaquinaria más asequibles del mundo para los expositores. En la Reunión Técnica de laAGMA se realizan presentaciones de trabajos de las últimas investigaciones técnicasaplicadas en la industria de la transmisión de energía. Esta reunión se celebra anualmenteen un lugar diferente en los Estados Unidos.
2.1.3. Misión.
La AGMA tiene como misión establecer una normalización sobre el diseño, fabricacióny explotación de los engranes de los Estados Unidos de América y gran parte del mundo.
2.1.4. Conformación de la AGMA.
A la Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes la componen 24 ComitésTécnicos:
Comité de engranes aeroespaciales. Comité de engranes oblicuos. Comité de calibración. Comité de programación por computadora. Comité de herramientas de corte. Comité de aplicaciones industriales de engranes cerrados (dentro de carcasas). Comité de engranes planetarios. Comité de engranes de paso fino. Comité de acoples flexibles. Comité de engranes de alta precisión. Comité de engranajes helicoidales cerrados de alta velocidad. Comité de engranes helicoidales cerrados para unidades marinas. Comité de evaluación de los engranes helicoidales. Comité de lubricación. Comité de materiales y metalurgia. Comité de engranes utilizados en la industria del conformado. Comité de nomenclatura. Comité de engranes plásticos. Comité de polvos metalúrgicos. Comité de sonidos y vibraciones. Comité de estrías. Comité de engranes utilizados en vehículos. Comité de engranes utilizados en turbinas de viento. Comité de tornillos sinfín.
2.2. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO DE LA EMPRESA PARA LAS PROTECCIONESDE MÁQUINAS.
Estas especificaciones deben ser incluidas/adjuntas a todas las especificaciones de comprade equipo y los contenidos de dicha especificación deben ser revisados y verificados en lafábrica previa entrega/aceptación/encargo de todo equipo o unidad de envase.
2.2.1. Alcance.
Esta norma tiene como objetivo cubrir toda la maquinaria de producción en planta, procesosy sistemas, incluyendo sin limitar al: equipamiento de procesos de producción, equipamientode embalaje, equipamiento de soporte de servicios y equipamiento de laboratorio.
2.2.2. Definiciones.
A continuación se describen algunas de las definiciones más destacadas para describir losdiferentes conceptos acerca de la guardas de protección.
2.2.2.1. Protección fija ajustable: Una barrera de protección física que puede tener suabertura variable en tamaño que se adapta a la zona de peligro de la máquina (por ejemplo;protección de la sierra de banda).
2.2.2.2. Protección fija: Una barrera física de protección fijada a la máquina de modo tal quesolo puede ser retirada con el uso de una herramienta. Este tipo de protección es raramenteremovida y no afecta al mantenimiento normal, ni cambios de formato en la máquina.
2.2.2.3. Puntos de atrapamiento: Peligros creados por una o más partes rotativas donde laspartes rotativas se aproximan a otras en rotación o a componentes fijos.
2.2.2.4. Protección Perimetral: Una valla de protección que rodea la máquina por completo.
2.2.2.5. Puntos de operación: Un punto dentro de la máquina donde el material está siendoprocesado, moldeado, formado, cortado o trabajado.
2.2.3. Requerimientos Generales.
Las protecciones de máquinas deben ser diseñadas, construidas y localizadas para prevenirque parte del cuerpo del empleado puedan alcanzar las zonas de peligro de la máquina (porejemplo; puntos de operación de riesgo, aparatos de transmisión de fuerza o energíaspeligrosas). Ningún empleado podrá entrar en contacto con partes peligrosas en movimientoo de riesgo durante la operación del equipo. Los empleados no deberán alcanzar por encima,por debajo, a través, o alrededor de las protecciones de las máquinas.
2.2.4. Máxima Abertura de Protección Permitida.
Cuando una protección requiere aberturas para permitir el ingreso de materiales, salida deproductos o acceso para ajustes de la máquina, las aberturas deben ser lo suficientementepequeñas para evitar que la mano del operador alcance el punto de peligro. La tabla 1muestra las distancias (del punto de riesgo) donde la protección debe ser colocada paraprevenir que el operador entre en contacto con las partes en movimiento de la máquina.
Cuando una abertura en una protección necesita ser mayor de 152 mm (6”) para permitirque pasen materiales y productos, se beberá instalar una protección adicional (por ejemplo:túneles de protección, o dispositivos sensores de presencia. (Ver sección 2.7.1.3 y 2.7.1.8)
Tabla 2. Máxima Abertura de Protección Permitida.
Distancia de abertura desde el puntode operación de riesgo, en mm
(pulgadas)
Máximo ancho de abertura, en mm(pulgadas)
0 (0”) No se permite abertura
13 (0.5”) a 38 (1.5”) 6.3 (0.25”)
39 (1.5”) a 64 (2.5”) 9.7 (0.38”)
64 (2.5”) a 89 (3.5”) 13 (0.5”)
89 (3.5”) a 140 (5.5”) 16 (0.63”)
140 (5.5”) a 165 (6.5”) 19 (0.75”)
165 (6.5”) a 191 (7.5”) 22 (0.88”)
191 (7.5”) a 318 (12.5”) 32 (1.25”)
318 (12.5”) a 394 (15.5) 38 (1.5”)
394 (15.5”) a 445 (17.5) 48 (1.88”)
445 (17.5”) a 800 (31.5”) 54 (2.13”)
Sobre 800 (31.5”) 152 (6”)
2.2.5. Requerimientos para Protecciones Mecánicas y Estructurales.
Toda protección de máquinas debe cumplir con los siguientes requerimientos mecánicos yestructurales:
La protección debe ser diseñada para cumplir con las regulaciones (por ejemplo: la de laComunidad Europea EC/98/37) y las normas industriales internacionales o nacionales (porejemplo: ANSI, ISO, IRAM). Los requerimientos de este documento no pretenden reemplazarrequerimientos regulatorios locales, regionales o nacionales. Estas especificaciones debenser consideradas como requisitos de la empresa y los proveedores deben cumplir éstos ocualquier otro requerimiento que sea más estricto.
La protección fija debe ser firmemente anclada (los empleados no deben tener la posibilidadde retirar o manipular fácilmente la protección de seguridad).
La protección debe ser construida en un material durable que soporte las condiciones de uso,incluyendo la protección de empleados de objetos que puedan ser expulsados de la máquinao de exposición a agentes químicos ó físicos que provengan de la máquina (por ejemplo;vapores químicos, radiación, entre otros).
La protección superior debe ser construida en un material transparente (como elpolicarbonato) donde sea posible. Cuando se requiere observación de las partes inferiores dela máquina, también se requerirá en lo posible una lámina de material transparente. Sepermiten excepciones, si estas son aprobadas por escrito, en la medida que provea laprotección adecuada para la aplicación. Las protecciones transparentes deben ser losuficientemente robustas para evitar que se curven, se deberá utilizar un marco de sernecesario.
Minimizar la necesidad de retirar las protecciones, las mismas deben ser diseñadas yconstruidas para ofrecer una visión adecuada del proceso, si fuera necesario.
La protección no debe impedir que el empleado pueda desarrollar su tarea con seguridad.
En general, la calidad y la integridad estructural de protección debe igualar a aquelladiseñada para la máquina principal. Debe soportar el uso diario de operadores y mecánicossin causar paralización del trabajo. La estructura de la protección debe ser lo suficientementerígida para soportar las puertas sin causar la desalineación de los marcos y sus puertas.
2.2.6. Ajustes, Lubricación y Mantenimiento.
Para minimizar el acceso a las zonas de peligro donde protecciones prácticas y maquinariasdeben ser diseñadas para permitir el ajuste, lubricación y mantenimiento de rutina sin abrir oretirar las protecciones. (Por ejemplo; grupo de lubricación montado para que se puedaacceder desde afuera de la protección).
Donde se requiere acceso dentro del área de protección, la protección no debe obstruir eldesarrollo de las tareas requeridas.
2.2.7. Protecciones fijas.
Los aparatos de transmisión energizados (engranajes, bandas, cadenas, eje de transmisión,conductores, y algunas más.) que requieren poco mantenimiento o ajuste (por ejemplo, conuna frecuencia menor de una vez por mes) deben estar cubiertos por protecciones fijasajustadas con sujetadores especiales. Sujetadores especiales como tornillos Phillips, Allen,Torx, de cabeza hexagonal o cuadrada) o un bloqueo con llave puede ser aceptado. No sedeben permitir tuercas mariposa o tornillos de cabeza ranurada.
2.2.8. Resistencia a alteraciones.
Todos los dispositivos no deben ser fácilmente alterados. Los dispositivos de seguridad,como también las llaves codificadas, códigos magnéticos, o montaje de tornillos de un solosentido y otro equipamiento similar deben ser utilizados para desalentar alteraciones.
Los dispositivos de protección de seguridad deben tener “transmisión positiva y contactos deapertura positiva”. Transmisión positiva significa un dispositivo electro-mecánico con unactivador actuando directamente sobre el elemento interruptor, de manera de forzar lapositiva apertura de los contactos. Los interruptores de límite convencionales, por ejemplo,no son de transmisión positiva ó dispositivos de apertura positiva.
Los interruptores de seguridad de las protecciones y guardas de puertas y los dispositivossensores de presencia deben tener cableado rígido a un “relay” aprobado con contactos deguía positivos, que a su vez está cableado a todo el equipamiento de bloqueo que puedacausar un movimiento peligroso o una condición de peligro que pueda resultar en una lesión.No se permite ningún control electrónico, PLC o software. Los interruptores de lasprotecciones y guardas de puertas, dispositivos sensores de presencia y “relays” aprobados,cuando estén presentes, deben ser anunciados a través del PLC, pero deben estar porseparado los contactos de control en los dispositivos.
2.2.9. Etiquetas y señales.
Las señales de advertencia deben ser claras, concisas y fáciles de leer y ubicadas de
manera visible cerca del área de peligro.
Todas las señales deben estar en el idioma local, en ingles y en símbolos universales que
indiquen las advertencias apropiadas.
Todos los paneles eléctricos de las máquinas deben estar claramente etiquetados
identificando el voltaje de la máquina como también todas las advertencias de peligro
apropiadas.
Cualquier componente de una máquina que posea el potencial de causar una quemadura si
se toca, debe estar etiquetado con una apropiada advertencia del peligro para el operador.
CAPÍTULO III.
PROPUESTA DE DISEÑO
Diseño de mecanismo de tornillo sin fin y guarda de protección.Selección de materiales y memoria de cálculo.
CAPÍTULO III. PROPUESTA DE DISEÑO.
3.1. RESEÑA DEL CAPÍTULO.
A lo largo del desarrollo de este capítulo, se determina una solución para cada una de
las áreas de mejora que se buscan en la máquina llenadora; respecto al mecanismo de
dosificación de detergente se propone un cambio de mecanismo; respecto a la seguridad se
propone un sistema de guardas de protección.
3.2. PROPUESTA DE DISEÑO PARA MECANISMO DE ADICIÓN DE DETERGENTE ENPOLVO.
Se propone un sistema de transmisión de corona y tornillo sin fin para dosificar el llenado
de las bolsas de detergente, se requiere un sistema que permita realizar la apertura del
sistema de dosificación y en la máquina se propone una relación de 14:1 para lograr la
cantidad de detergente adecuada para bolsas de 1 kg de base. Debido a su operación suave
y uniforme sin choque, se propone este tipo de transmisión.
Este sistema de mecanismo de tornillo sin fin y corona se acoplará a un sistema con un
servomotr, que sustituirá a al sistema existente basado en un pistón neumático, que debido
al nivel insuficiente de presión en la red de aire comprimido, mostrado en la figura 16, será
deshabilitado de la máquina llenadora. Quedando el nuevo sistema como el mostrado en la
figura 17.
Figura 16. Sistema neumático obsoleto en la máquina llenadora.
Figura 17. Nuevo sistema de dosificación, con mecanismo de engrane y tornillo sin fin.
3.2.1. CONCEPTOS BÁSICOS ACERCA DE MECANISMOS DE TORNILLO SIN FIN -CORONA.
Un engranaje sin fin consiste en un tronillo sin fin y una corona sin fin (también llamada
engrane de gusano), como los mostrados en la figura 18. Conectan ejes que no se
intersectan y no son paralelas, usualmente dispuestos en ángulos rectos. El tornillo sin fin
es, de hecho, un engrane helicoidal con un ángulo de hélice tan grande que un solo
diente se envuelve continuamente alrededor de su circunferencia. El tornillo sin fin es
similar a la cuerda de un tornillo y el engrane es similar a su tuerca.
Figura 18. Engranaje de tornillo sin fin y corona.
Los tornillos sin fin generalmente solo tienen un diente (o cuerda); por lo tanto,
producen razones tan grandes como el número de dientes del engrane. Tal capacidad de
proporcionar razones altas en un pequeño volumen del conjunto es una de las ventajas
principales de un engranaje sin fin sobre otras posibles configuraciones, la mayoría de las
cuales está limitada por una razón aproximada de 10:1 por par de engranes. Se producen
engranajes sin fin con razones que van de 1:1 a 360:1, aunque el intervalo usual en los
catálogos es de 3:1 a 100:1. Las razones arriba de 30:1, suelen tener una sola cuerda sin
fin, mientras las razones inferiores a ese valor emplean con frecuencia tornillo sin fin con
múltiples cuerdas. Al número de cuerdas en el tornillo sin fin se le conoce también como
inicios. Un tornillo sin fin de 2 o 3 inicios podría usarse en un engranaje sin fin de razón
baja, por ejemplo.
Otra ventaja de los engranajes sin fin, sobre otro tipo de engranajes, es su capacidad
para autobloquearse. Si el engranaje es de autobloqueo, no tendrá movimiento de
retroceso, es decir, el torque aplicado al engrane no hace girar al tornillo sin fin. Un
engranaje de autobloqueo solo puede moverse “hacia adelante”, desde el tornillo sin fin
hacia el engrane. Por lo tanto, se podría usar para sostener una carga como, por ejemplo,
un gato que levanta un automóvil. Si un engranaje sin fin específico es de autobloqueo o
no, depende de varios factores, incluyendo la razón de la tangente del ángulo de avance
con el coeficiente de fricción, el acabado superficial, la lubricación y la vibración.
Generalmente, el autobloqueo se presenta en ángulos e avance que están por debajo de
los 6° y quizás ocurran en ángulos de avance tan altos como los 10°.
Los ángulos de presión estándar para los engranajes sin fin son de 14.5, 17.5, 20,
22.5, 25, 27.5 o 30°. Los mayores ángulos de presión dan resistencias más altas en los
dientes, a expensas de una mayor fricción, cargas más altas en los cojinetes y mayores
esfuerzos de flexión en el tornillo sin fin. En aplicaciones de alta potencia con alta
velocidad, se debería utilizar un engrane con un paso relativamente fino. Los torques
altos, a velocidades bajas, necesitan un paso grueso y diámetros más grandes en el
tornillo sin fin.
Los perfiles de dientes de los tornillos y engranes no son involutas, además, hay
componentes de deslizamiento-velocidad grandes en el engranaje. Los tornillos y
engranes no son intercambiables, aunque se fabrican y reemplazan como conjuntos
aparejados. Para incrementar el área de contacto entre los dientes, se utilizan perfiles de
dientes de envolvente simple o de envolvente doble. En un conjunto de envolvente
simple, los dientes del engrane envuelven parcialmente el tornillo sin fin. En un conjunto
de envolvente doble el tornillo sin fin también envuelve al engranaje, haciendo que el
tornillo sin fin tenga forma de reloj de arena en lugar de un cilindro. Esta configuración
incrementa el costo y la complejidad de la manufactura, pero también la capacidad de
carga.
3.2.1.1. Materiales para engranajes sin fin.
Solo unos cuantos materiales son adecuados para los engranajes sin fin. El tornillo sin fin se
somete a esfuerzos muy altos y requiere de acero endurecido. Se utilizan los aceros al bajo
carbono como los AISI 1020, 1117, 8620 o 4320, con recubrimiento endurecido a HRC 58-
62. También se emplean aceros al medio carbono como los AISI 4140 O 4150, endurecidos
por inducción o por llama para un recubrimiento de dureza HRC 58-62. Los aceros necesitan
esmerilarse o pulirse con un acabado Ra de 0.4 μ mm, o mejorado. El engrane requiere
fabricarse con un material blando, asi como lo suficientemente manipulable para funcionar y
amoldarse al tornillo sin fin duro y en condiciones de alto deslizamiento. El bronce vaciado en
arena, vaciado en frío, con vaciado centrífugo o forjado comúnmente se emplean en los
engranes. El bronce al fósforo o al platino sirve en aplicaciones de alta potencia; el bronce al
manganeso, en tornillos sin fin pequeños de baja velocidad. EL hierro fundido, el acero suave
y plásticos se utilizan algunas veces en aplicaciones ligeramente cargadas de baja velocidad.
3.2.1.2. Lubricación de engranes sin fin.
La condición de lubricación en un engranaje sin fun se encuentra en el intervalo de
lubricación limite a parcial, o bien, EHD total, dependiendo de cargas, velocidades,
temperaturas y viscosidades del lubricante. En este caso, la situación de lubricación es más
parecida a la de cojinetes deslizantes que a la de cojinetes de rodamiento, debido a las
velocidades dominantes de deslizamiento. El alto porcentaje de deslizamiento provoca que
los engranajes sin fin sean menos eficientes que los engranajes convencionales. En los
engranajes sin fin algunas veces se utilizan lubricantes que contienen aditivos para presión
extrema.
3.3.1.3. Geometría de un engranaje sin fin.
En la figura 19 se ilustra un mecanismo de tornillo sin fin y corona. Los elementos tienen el
mismo sesgo que los engranes helicoidales cruzados, pero los ángulos de hélice son
completamente diferentes. Generalmente el del tornillo es sumamente grande, mientras el de
la rueda o corona es pequeño. Debido a eso es común especificar el ángulo de avance para
el sin fin y el ángulo de hélice, los cuales son iguales cuando se tienen los ejes a 90°. En el
sin fin, el ángulo de avance es el complemento del de hélice, como se muestra en la figura
menciona.
Figura 19. Nomenclatura de un mecanismo sin fin – corona.
3.3.1.4. Conceptos y ecuaciones de los parámetros de un mecanismo de tornillo sin finy corona.
[pulgadas] ………......................…….ec. (1)
Diámetro de paso del tornillo sin fin.
Avance.
Ángulo de avance.
[pulgadas]…………………………..…. ec. (2)
Diámetro de paso de la corona.
Distancia entre centros.
Diámetro de paso del tornillo sin fin.
[pulgadas] ……………… ec. (3)
Distancia entre centros.
Diámetro de paso del tornillo sin fin.
……………………………………… ec. (4)
Relación de transmisión.
Número de dientes de la corona.
Número de dientes del tornillo sin fin.
[pulgadas] ………………………………….. ec. (5)
Avance.
Valor preliminar de avance.
Ángulo de avance.
[pulgadas] ………………………….………. ec. (6)
Paso axial.
Avance.
Número de dientes del tornillo sin fin.
………………….…………….. ec. (7)
Esfuerzo de flexión del diente de la corona.
Carga aplicada.
Factor dinámico.
Ancho de cara de la corona.
Factor de Lewis referido al ángulo de presión.
Paso circular normal.
[lB] ……………………..…………….. ec. (8)
Carga dinámica que actúa sobre los dientes de un engrane con tornillo sin fin.
Carga aplicada.
Factor dinámico.
3.2.1.5. Métodos de medición.
A diferencia de los engranes helicoidales y cónicos, en los cuales los cálculos para los
esfuerzos de flexión y superficial en los dientes del engrane se hacen de forma separada y
se comparan luego con las propiedades del material, los engranes se evalúanpor su
capacidad para manejar un nivel de potencia de entrada. La clasificación de la AGMA de
potencia se realiza con base en su resistencia al picado y al desgaste, porque la experiencia
ha demostrado que son los modos de falla usual. Debido las altas velocidades de
deslizamiento en los engranajes sin fin, la temperatura de la película de aceite que separa los
dientes del engrane se vuelve un factor importante, lo cual se toma en cuenta en el es tándar
AGMA. Dichos estándares se basan en un ciclo operativo de 10 horas continuas diarias de
servicio con carga uniforme; se definen como un factor de servicio igual a 1. Se supone que
los materiales del tornillo sin fin y del engrane son como los ya definidos.
3.3. PROPUESTA DE DISEÑO. GUARDA DE PROTECCIÓN.
De acuerdo a la normatividad interna de la empresa, la implementación de un mecanismo
que genere riesgo de atropamiento, requiere de la instalación de una guarda o barrera física
entre el operador y el mecanismo.
Para el diseño de la protección física de la máquina llenadora se considera principalmente
la utilización de los materiales más adecuados para la construcción de la guarda y el apego a
las normas de diseño para guardas del capítulo II. Por lo tanto, es necesario identificar los
puntos de operación y atrapamiento (figuras 14-A y 14-B) que requieren ser protegidos,
mismos que se muestran en la siguiente imagen.
3.3.1. PUNTOS DE PELIGRO.
Puntos de atrapamiento: Peligros creados por una o más partes rotativas donde las partesrotativas se aproximan a otras en rotación o a componentes fijos. En las figuras 20-A y 20-Bse muestran las vistas frontal y lateral de las zonas de peligro de la máquina llenadora.
Figura 20-A. La figura muestra los puntos de operación y atropamiento de la máquinallenadora que requieren ser protegidos por una barrera física. Vista frontal.
Figura 20-B. La figura muestra los puntos de operación y atropamiento de la máquinallenadora que requieren ser protegidos por una barrera física. Vista lateral.
3.3.2. DETERMINACIÓN DE TIPOS DE PROTECCIÓN.
Retomando conceptos del capítulo II, encontramos las definiciones siguientes, que
determinan el tipo y la forma de la protección a diseñar.
Protección fija: Una barrera física de protección fijada a la máquina de modo tal que solo
puede ser retirada con el uso de una herramienta. Este tipo de protección es raramente
removida y no afecta al mantenimiento normal, ni cambios de formato en la máquina.
Para la parte frontal-central se determina una protección fija ajustable pues es ahí donde se
concentra las operaciones propias de la operación de la máquina y de mantenimiento, como
atascamiento de la película y ajuste del mismo en el paro y arranque de la máquina.
Protección fija ajustable: Una barrera de protección física que puede tener su abertura
variable en tamaño que se adapta a la zona de peligro de la máquina.
Se determina una protección fija para la parte frontal superior y las zonas laterales debido a
que son partes que requieren poco mantenimiento.
Las 21-A y 21-B muestran el tipo de protección a utilizar de acuerdo a las zonas de peligro de
la máquina, fijo o ajustable e acuerdo a la necesidad de contar con accesibilidad de las
partes móviles y para realizar ajustes.
Figura 21-A. Áreas que se proponen para ser cubiertas por protección fija y/o protecciónajustable. Vista frontal.
Figura 21-B. Áreas que se proponen para ser cubiertas por protección fija y/o protecciónajustable. Vista lateral.
3.3.3. SELECCIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PARA LAS GUARDASDE PROTECCIÓN.
Después de haber determinado el tipo de protección que se requiere de acuerdo a la zona depeligro y a las necesidades de mantenimiento de la máquina, procedemos al proceso deselección de los materiales de construcción de la guarda de protección.
Se propone una protección fija ajustable mediante puertas abatibles y paneles para lasprotecciones fijas, montadas en la máquina mediante algún medio de fijación.
3.3.3.1 Selección de los materiales para las cubiertas.
La protección superior debe ser construida en un material transparente (como elpolicarbonato) donde sea posible.
Las protecciones transparentes deben ser lo suficientemente robustas para evitar quese curven, se deberá utilizar un marco de ser necesario.
Minimizar la necesidad de retirar las protecciones, las mismas deben ser diseñadas yconstruidas para ofrecer una visión adecuada del proceso, si fuera necesario.
De acuerdo a las características anteriores se propone un material cuya característica ópticaes la transparencia, como el poli carbonato.
3.2.3.2. Propiedades físico-químicas del policarbonato. Excelente resistencia al impacto, Resiste 250 veces más que el vidrio y 50 veces más
que el acrílico. Excelente transparencia. Permite la supervisión de procesos peligrosos, sin arriesgar a
los operadores. Buena estabilidad dimensional a temperaturas elevadas. Rango de distorsión térmica
135 –145º C. Ligereza. Peso específico de 1.2 gr/cm3, es 50% más ligero que el aluminio, 1/16 más
liviano que el vidrio y 1/3 del acrílico. Retardante a la flama. Piezas sin olor, ni sabor y son ligeras debido a su baja densidad. Cumple la normativa
de la FDA (Food and Drug Administration). Sustituto de vidrios y acrílicos en la industria de alimentos pues no se rompe y no
genera estillas. No se amarillea por el sol, ideal para uso en interiores y exteriores, así como con
protección electrostática.
3.3.3.3. Selección de los materiales para la estructura principal y marcos.
De acuerdo a lo indicado en las especificaciones de diseño para las protecciones demáquinas, respecto a la construcción de las protecciones fijas y protecciones fijas ajustables:
Las protecciones transparentes deben ser lo suficientemente robustas para evitar quese curven, se deberá utilizar un marco de ser necesario.
La estructura de la protección debe ser lo suficientemente rígida para soportar laspuertas sin causar la desalineación de los marcos y sus puertas.
Por lo tanto se propone el uso de perfiles comerciales de acero y piezas maquinadas deacuerdo al diseño requerido.
Debido al ambiente corrosivo propio del manejo de detergente y para evitar contaminacióndel producto y mala apariencia de la protección, la mayor y principal característica aconsiderar serán las propiedades superficiales del acero. Además de las condiciones depoca carga a las que será sometida la protección.
Se proponen dos materiales, acero inoxidable y acero al carbón, la segunda opción deberáincluir aplicación de pintura o esmalte.
3.3.3.4. Acero al carbón. Aplicaciones y desarrollo.
El acero al carbono, constituye el principal producto de los aceros que se producen,estimando que un 90% de la producción total producida mundialmente corresponde a acerosal carbón y el 10% restante son aceros aleados. Estos aceros son también conocidos comoaceros de construcción, La composición química de los aceros al carbón es compleja,además del hierro y el carbono que generalmente no supera el 1%, hay en la aleación otroselementos necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso, y hay otros quese consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente –azufre, fósforo, oxígeno,hidrógeno. El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a latracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y laductilidad.
3.3.3.5. Aceros inoxidables. Aplicaciones y desarrollo.
Los aceros inoxidables son aleaciones ferro-cromo con un mínimo de 11% de cromo.
El agregado de otros elementos a la aleación permite formar un amplio conjunto de
materiales, conocidos como la familia de los aceros inoxidables. Entre los elementos de
aleación, dos se destacan: el cromo, elemento presente en todos los aceros inoxidables por
su papel en la resistencia a la corrosión y el níquel por la memoria en las propiedades
mecánicas.
Se recomienda para partes donde se requiere resistencia a ácidos, por ejemplo en la
industria alimenticia, cervecerías, industria del azúcar, industria de la leche. La selección
depende del proceso de elaboración de la pieza, ambiente al que estará sometido, la
resistencia y tenacidad requerida en el núcleo.
La siguiente es una visión panorámica de la familia de los aceros inoxidables, sus principales
características y aplicaciones.
Tabla 3. Tipos de aceros inoxidables y aplicaciones comunes. Usos generales y típicosde las diferentes variables de los aceros inoxidables.
Tipo de acero inoxidable Aplicación
Austenítico (resistente a lacorrosión).
Equipos para industria química ypetroquímica.
Equipos para industria alimenticia yfarmacéutica.
Construcción civil.
Vajillas y utensilios domésticos.
Ferrítico (resistente a la corrosión,más barato).
Electrodomésticos (cocinas, heladeras, entreotros) .
Mostradores frigoríficos.
Monedas.
Industria automovilística.
Cubiertos.
Martensítico (dureza elevada).
Cuchillería.
Instrumentos quirúrgicos como bisturí ypinzas.
Cuchillos de corte.
Discos de freno.
3.4. MEMORIA DE CÁLCULO.
El objetivo principal de este apartado es determinar la geometría final del mecanismo a
implementar en el diseño del mecanismo de tornillo sin fin y corona en el sistema de adición
de detergente de polvo, por lo tanto se propone tanto el uso de ecuaciones como de algunos
criterios de ingeniería para obtener un diseño óptimo. Parte de estas ecuaciones son
basadas en métodos de diseño de la AGMA (Asociación Americana de Fabricantes de
Engranes, por sus siglas en inglés). La geometría del mecanismo como resultado final
permitirá la posterior fabricación del mecanismo.
3.4.1. Diseño del sistema de tornillo sin fin con engrane.
Premisa. El paso axial Px del tornillo sin fin y el paso transversal PT del engrane son
iguales entre sí, dado que el ángulo entre ejes de ambos es de 90°.
Datos conocidos:
Relación de transmisión: 14:1. Propuesta inicial.
Centro entre ejes: 203.2 mm (8 pulg). Propuesta inicial, determinado por el espacio
disponible en la máquina llenadora.
Ángulo de presión: 20° (propuesto)
Paso axial = Paso transversal
Px = PT
[pulgadas] ……………….……. ec. (9)
Diámetro de paso de la corona.
Número de dientes de la corona.
Paso Transversal de de la corona.
Diámetro de paso del tornillo sin fin.
El diámetro de paso del tornillo sin fin está únicamente limitado por las posibilidades del tallerde fabricación, para fines de determinar un valor preciso, se utiliza la ecuación de límitespara el diámetro del tornillo sin fin.
Donde:
C= Distancia entre centros.
dω= Diámetro de paso del tornillo sin fin.
Cálculo de la relación de transmisión y el número de dientes del engrane.
Partiendo del valor estimado de 14:1 y aplicando la ecuación 4:
……………………………………… ec. (4)
Despejando :
Engrane de 42 dientes.
Determinación del avance y paso axial.
De la figura 22, se obtiene que para una relación de transmisión de 14 y un ángulo depresión de 20°, el valor C/Lo es de 2.83; por lo tanto:
Ajustando en ángulo λ para un valor de 2.82”,
Redondeando a valores estándar, 1” de paso axial.
Figura 22. Curvas de diseño para mecanismos de tornillo sin fin y corona.
Determinación de los diámetros de paso.
, diámetro de paso del tornillo sin fin.
, diámetro de paso de la corona.
De acuerdo a lo anterior, se revisa el valor de número de dientes del engrane.
Se ajusta valor a 44 dientes.
Comprobación de valor de diámetro de paso del tornillo sin fin para la distancia entre centrospropuesta, aplicando ecuación AGMA:
Por lo tanto, el valor dW es aceptable.
Determinación de la geometría del engrane y tornillo sin fin.
Para la determinación de la geometría del engrane y tornillo sin fin, se aplica la tabla XXX,que indica las proporciones adecuadas para los datos obtenidos en el cálculo.
Tabla 4. Proporciones de los engranes sin fin-corona.
PARAMETRO SIIMBOLOCUERDA SENCILLA Y DOBLE CUERDA TRIPLE Y CUADRUPLE
SINFÍN CORONA SINFÍN CORONA
Angulo normal depresión Φ 14.5° 14.5° 20° 20°
Diámetro de paso dw, dG 2.4p+1.1 0.31839 NG 2.4p+1.1 0.3183p NG
Adendo a 0.318p ----- 0.286p -----
Altura total ht 0.686p ----- 0.623p -----
Diámetro externo do, Do 3.036+1.1 Dt+0.4775p 23972p+1.1 DG+0.3183p
Diámetro Dt ----- DG+0.636p ----- DG+0.572p
Ancho de cara F ----- 2.38p+0.25 ----- 2.15p+0.20
Pasos axialesestándar (plg) px 1/4, 5/16, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 1, 1-1/4, 1-1/2, 1-3/4, 2
Adendo:
Altura total:
Diámetro exterior del tornillo sin fin:
Diámetro exterior de la corona:
Diámetro de la corona
Ancho de cara
Ajustando valores:
Diámetro de paso del sin fin:
Diámetro de paso de la corona:
Cálculo de la resistencia del diente.
Uso de la ecuación de Lewis (ecuación 7), para calcular la resistencia del diente en sistemasde tornillo sin fin y corona.
………………….…………….. ec. (7)
Los valores del factor de Lewis referido al ángulo de presión no dependen del número dedientes, sino sólo del ángulo normal de presión, y se enlistan en la siguiente tabla:
Ángulo normal depresión Φn, en ° Factor de forma γ
14.5° 0.100
20° 0.125
25° 0.150
30° 0.175
Tabla 5. Valores de γ para engranes sin fin.
A la relación
(ecuación 8) se le conoce como carga dinámica, y se expresa como:
[libras] …………………...………… ec. (8)
Donde:
……………………......………. ec. (10)
Velocidad.
[libras] ……………………………. ec. (11)
Potencia a transmitir.
Diámetro de paso del tornillo sin fin.
Por lo tanto:
Si T = 300 lb-pulg (potencia a transmitir)
Entonces:
γ = 1.25 para λ = 20°
Por lo tanto:
Análisis de fuerzas.
Las fuerzas actuando en una transmisión de tornillo sin fin-corona tienen tres componentes.Si se toma al tornillo sin fin como referencia, estas fuerzas son axiales, radiales ytangenciales, determinadas por las siguientes ecuaciones:
[lb] ……………………………………… ec. (12)
Fuerza tangencial.
Potencia a transmitir.
Diámetro de paso del tornillo sin fin.
[lb] ………………………………………. ec. (13)
Fuerza axial.
Fuerza tagencial.
Ángulo de avance.
[lb] ……………………………………. ec. (14)
Fuerza radial.
Fuerza axial.
Ángulo de presión.
Figura 23. Diagrama de cuerpo libre de fuerzas actuantes en un acoplamiento de engrane y tornillosin fin.
Por lo tanto:
3.4.2. Diseño del sistema de soportes y puertas para guardas de protección.
Para el diseño de las piezas y componentes de la guarda se consideró primordialmente elaspecto visual de los materiales, costo, disponibilidad y facilidad para ser transformadosmediante maquinado. Quedando como último criterio su resistencia mecánica, debido a queel sistema no esta expuesto a cargas considerables ni ciclos de trabajo críticos, sin embargo,como método de comprobación se revisaron las piezas y zonas que pudieran presentarfallas:
Bisagras. Tornillos (acero inoxidable AISI 420). Poste.
Revisión de bisagras.
Revisión por cortante simple.
……………………………….…… ec. (15)
Esfuerzo cortante simple.
Carga aplicada.
Área transversal sometida a esfuerzo cortante.
Figura 24. Área transversal de bisagra, sometida a esfuerzo cortante.
Revisión por cortante, para los tornillos de las bisagras.
Revisión por cortante, para tornillos de panel fijo.
Tornillos de sujeción de panel fijo, 16 tornillos de ¼”Ø
Tornillos de sujeción de soporte para panel fijo, 6 tornillos de ¼”Ø.
Montaje mediante soportes de perfil LI de 2” x 1/8” de espesor, con peso de 2.46 kg-m
Revisión por esfuerzos combinados, para poste de puerta abatible.
Figura 25. Diagrama de cuerpo libre de carga aplicada en panel abatible de guarda de seguridad.
…………………….…. ec. (16)
Esfuerzo combinado en la base del poste.
Carga total aplicada.
Área de sección tranversal del poste.
Excentricidad de la carga aplicada.
Distancia al centro al borde del poste.
Momento de inercia de la sección transversal del poste.
Por lo tanto:
3.5. DISEÑO DE ETIQUETAS Y SEÑALES.
De acuerdo al funcionamiento de la máquina, son 3 los riesgos identificados y los cuálesdeben ser advertidos en la guarda de protección:
1. Riesgo de quemadura.2. Riesgo de pellizco.3. Riesgo de descarga eléctrica (en la caja de conexiones).
Las señales de advertencia, deben de apegarse a lo descrito en el punto 2.7.17 del capítulode normatividad, que indica lo siguiente:
Las señales de advertencia deben ser claras, concisas y fáciles de leer y ubicadas demanera visible cerca del área de peligro.
Todas las señales deben estar en el idioma local, en ingles y en símbolos universalesque indiquen las advertencias apropiadas.
Todos los paneles eléctricos de las máquinas deben estar claramente etiquetadosidentificando el voltaje de la máquina como también todas las advertencias de peligroapropiadas.
Cualquier componente de una máquina que posea el potencial de causar unaquemadura si se toca, debe estar etiquetado con una apropiada advertencia delpeligro para el operador.
Por lo tanto, la ubicación de las señales de advertencia se muestra en la figura 26, donde sebusca que las señalizaciones sean visibles en el área de trabajo.
Figura 26. Diseño de etiquetas en puertas abatibles de guarda de protección.
Las señalizaciones deberán de ser de tamaño y formas adecuadas para ser visibles yentendibles en el área de operación de la máquina. La figura 27 muestra las dimensionespropuestas para cumplir con los requerimientos de visibilidad.
Figura 27. Detalle y dimensiones de señales de advertencia para puertas abatibles.
En caso de requerirse la manipulación de las conexiones del sistema eléctrico de control delas protecciones de la máquina llenadora, debe indicarse el riesgo de choque eléctrico en lacaja de conexiones, tal como se muestra en la figura 28.
Figura 28. Detalle y dimensiones de señales de advertencia de choque eléctrico
para caja de conexiones.
3.6. PLANOS Y ESPECIFICACIONES.
En los siguientes planos y diagramas se muestra el diseño final de la guarda de protección,ensamble y tipo de montaje en la máquina llenadora.
3.6.1. RELACIÓN DE PLANOS.
NÚMERO DE DIBUJO. TÍTULO.
PROY-03 Mecanismo de corona y tornillo sin fin.
PROY-04 Diagrama general de guarda protectora. Vista lateral yfrontal.
CAPÍTULO IV.
ESTUDIO ECONÓMICO
Determinación de recursos económicos necesarios para laimplementación del proyecto de solución.
CAPÍTULO IV. ESTUDIO ECONÓMICO.
Es importante recordar que este proyecto está dirigido la implementación de mejorasen la máquina llenadora de bolsas de detergente, aprovechando la infraestructura existente,evitando el altísimo costo que implicaría una inversión en la compra de nueva maquinaria.
Sin embargo, uno de los factores más decisivos para la implementación del proyecto,es el monto de la inversión requerida para el desarrollo de una solución. Si el monto no seajusta al presupuesto que la empresa tiene destinado, es necesario buscar otra solución quecumpla con los requerimientos y necesidades.
Es por eso, que en este capítulo se busca determinar el monto de la inversión para laaplicación de mejoras en la máquina llenadora, que esta determinado por el costo de losmateriales requeridos, el monto de la fabricación y maquinado de los componentes y elmonto de la mano de obra necesaria para ensamblar e instalar el mecanismo de engranajepara adición de producto y para las guardas de protección de acuerdo a la propuesta dediseño.
4.1. ESTIMACIÓN DEL COSTO DE FABRICACIÓN DE ENGRANAJE SIN FIN.
Los procesos de manufactura son la combinación de personal, materia prima,herramientas y máquinas para la obtención de un producto final. Uno de los procesos demanufactura más usados en la producción de piezas metálicas es el corte condesprendimiento de material, conocido como maquinado o mecanizado. Es decir, unaherramienta con filos cortantes fabricada de un material resistente al desgaste y a las altastemperaturas, penetra la superficie de una pieza con desprendimiento de material en formade viruta, hasta obtener el producto final.
Actualmente las máquinas herramientas usadas en los procesos de mecanizadovienen altamente automatizadas, reduciendo las necesidades de mano de obra para ciertosprocesos productivos. Estas máquinas se pueden programar usando el control numéricocomputarizado (CNC), dichos programas contienen la información tecnológica sobre elproceso de mecanizado. También se pueden programar usando la ayuda del diseño asistidopor computador (CAD), donde se diseñan las partes a mecanizar. Posteriormente pasan a unprograma de manufactura asistida por computador (CAM) donde se realiza la simulación delproceso de corte, seleccionando las herramientas, materiales y parámetros de corte.
A continuación se determina un costo aproximado para la fabricación de las piezasrequeridas para el mecanismo de tornillo sin fin y corona, incluyendo los costos de mano deobra de maquinado, suministro de material y mano de obra para la instalación del mecanismodentro de la máquina llenadora.
4.1.1. DETERMINACIÓN DEL MONTO DE MAQUINADO DE PIEZAS DE DISEÑOESPECIAL PARA MECANISMO DE TORNILLO SIN FIN Y CORONA.
Piezas que requieren de maquinados especiales:
PIEZA MATERIALPROCESO DEMAQUINADO
Corona Bronce Torno y fresado
Tornillo sin fin Acero endurecido AISI 9840 Torno
Flecha de corona y tornillo Acero endurecido AISI 9840 Torno y fresado
Costo estimado para la fabricación de componentes del mecanismo, incluyendo mano deobra y material:
PIEZA CANTIDAD PRECIO
Corona 1 $2,500.00
Tornillo sin fin 1 $4,500.00
Flecha de corona y tornillo 2 $3,000.00
Subtotal A: $ 10,000.00
4.1.2. DETERMINACIÓN DEL MONTO DE PIEZAS DE CATALOGO.
Piezas y componentes de línea o de catalogo:
PIEZA CANTIDAD MARCA MODELO PRECIO
Chumacera 4 NTN NA $1,200.00
Servomotor 0.5 HP 1 Dodge - Relliance NA $15000.00
Material eléctrico 1 Varios Varios $750.00
Misceláneos yconsumibles
1 Varios Varios $200.00
Subtotal B: $ 17,150.00
4.1.3. DETERMINACIÓN DEL MONTO POR MANO DE OBRA PARA INTEGRACIÓN EINSTALACIÓN DEL MECANISMO.
Dado que el montaje de un mecanismo de engranajes se considera un trabajo deprecisión, se sugiere hacer la instalación a través del departamento de mantenimiento de laempresa, donde labora personal con la suficiente experiencia y habilidad para hacer elmontaje del mecanismo.
En caso de que se requiera de un proveedor externo para la instalación, consideranlos tiempos de montaje y por lo tanto, el costo de la instalación de la siguiente manera:
ACTIVIDAD TIEMPO ESTIMADO (horas)
Desmontaje de sistema neumático obsoleto. 3
Adecuación de soportes para nuevomecanismo. 2
Montaje de servomotor. 1
Acoplamiento de flechas con engrane ytornillo sin fin. 3
Montaje de chumaceras. 2
Instalación eléctrica. 6Montaje preliminar de mecanismo. 1Ajuste fino y alineación del mecanismo. 1Pruebas y puesta en marcha 2
Subtotal C: 21
De acuerdo a un costo estimado de $348 m. n. por cada hora de trabajo de un técnicomecánico con ayudante, el costo por mano de obra resulta de la siguiente manera:
$348.00 x 21 hrs. = $ 7,308.00 M. N.
Por lo tanto el costo total de 1 mecánismo de tornillo sin fin es:
$ 10,000.00 + $ 17,150.00 + $ 7,308.00 = $34,458.00
4.2. ESTIMACIÓN DEL COSTO DE FABRICACIÓN DE LAS GUARDAS DE PROTECCIÓN.
4.2.1. DETERMINACIÓN DEL MONTO DE MAQUINADO DE PIEZAS DE DISEÑOESPECIAL PARA GUARDAS DE PROTECCIÓN.
Por tratarse de una guarda de diseño especial, algunos de sus componentes no sonproductos de línea o de catalogo. Las piezas que requieren de fabricación especial son lassiguientes:
PIEZA MATERIALPROCESO DEMAQUINADO
Bisagras Nylamid (polímero) Corte y fresado
Postes Acero inoxidable AISI 304 Torno
Caja de conexiones Lámina acero inox. AISI 304 Corte y doblez
Paneles fijos y móviles Policarbonato Corte
Para la determinación de los montos, se recurrió a talleres especializados en cada procesode maquinado, con amplio conocimiento y experiencia en tales trabajos; obteniendo lossiguientes resultados:
PIEZA CANTIDAD PRECIO
Bisagras 6 $300.00
Postes 2 $1,270.00
Caja de conexiones 2 $280.00
Paneles fijos y móviles 1 $1,200.00
Subtotal A: $ 6,060.00
4.2.2. DETERMINACIÓN DEL MONTO DE MATERIALES Y PIEZAS DE CATALOGO.
Para facilitar la fabricación e integración de la guarda de protección, se han seleccionadopiezas que difícilmente podrían fabricarse de manera especial y que además son piezasaccesibles económicamente y que cumplen con las necesidades del diseño.
4.2.3. DETERMINACIÓN DEL MONTO POR MANO DE OBRA PARA INTEGRACIÓN EINSTALACIÓN.
El último de los factores que influyen en el presupuesto para implementar la soluciónes el costo de la mano de obra para la integración y montaje de la guarda de protección.
Se busca que la mano de obra sea especializada para garantizar que el trabajo searealizado “bien y a la primera”, es decir, que se tenga la certeza que la aplicación seafuncional y que no exista desperdicio del material y los componentes de la guarda, ademásde que se cumplan los tiempos de entrega requeridos por el usuario final y por la mismaproducción.
Para la estimación del monto de mano de obra se determina el tiempo total queimplica la integración de la guarda y la instalación en la máquina llenadora de detergente.Considerando la realización del trabajo por un oficial mecánico con ayudante. Quedando eldesglose de actividades y tiempos de la siguiente manera:
ACTIVIDAD TIEMPO ESTIMADO (horas)
Fabricación de bastidor para caja deconexiones
1.5
Ensamble de chumaceras con postes 2
Montaje de postes-chumaceras en caja deconexiones
0.5
Montaje de cubiertas de lámina de caja deconexiones 1
Montaje de caja de conexiones y postes enplataforma 1.5
Montaje de paneles fijos 2
Montaje de paneles móviles con bisagras 1.5
Montaje de jaladoras 0.5
Colocación de etiquetas 0.5
Instalación eléctrica 4
Pruebas y ajustes 2
Subtotal C: 16
De acuerdo a un costo estimado de $348 m. n. por cada hora de trabajo de un técnicomecánico con ayudante, el costo por mano de obra resulta de la siguiente manera:
$348.00 x 16 hrs. = $ 5,568.00 M. N.
Por lo tanto el costo total de 1 guarda de protección es de:
$ 6,060.00 + $ 2,172.00 + $ 5,568.00 = $13,800.00
A manera de conclusión, este monto es bastante viable, tomando en cuenta los gastos queimplicarían un accidente y lesión en algún operador.
CONCLUSIONES.
Actualmente, debido a la alta competitividad comercial que permiten las avanzadastecnologías, es importante aprovechar al máximo todo tipo de recursos para reducir tantocomo sea posible los gastos de operación para cualquier industria.
Es por eso que se propone el uso de técnicas de diseño y fabricación de mecanismospara la implementación de mejoras de funcionamiento en el sistema de dosificación dedetergente en polvo de la máquina llenadora. Evitando así el costo que implicaría comprar einstalar nuevos equipos.
En segundo grado, se consideran mejoras en cuanto a seguridad industrial, tomandoen cuenta primero la integridad física de los operadores, y posteriormente las consecuenciaseconómicas que enfrentaría la empresa en un caso así, pueden ir desde pérdidas minúsculascomo gastos médicos menores, hasta severas sanciones a través de los organismosgubernamentales de regulación y previsión de la salud ocupacional. Además de los tiemposmuertos de producción.
Como conclusión principal, es importante destacar que todo lo mencionadoanteriormente, es posible solucionarlo mediante la aplicación de prácticas y conocimiento dediseño de mecanismos y medidas preventivas como la construcción e instalación de undispositivo de guarda que proteja al trabajador de los riesgos propios de la operación de lamáquina.
BIBLIOGRAFÍA.
Fitzgerald, Robert W.
Mecánica de materiales.
México: Alfaomega, 1996.
Hibbeler, R.C.
Mecánica de materiales.
México: Pearson, 2006.
Juvinall, Robert C.
Fundamentos de diseño para ingeniería mecánica.
México: LIMUSA, 1999.
Hamrock, Bernard J.
Elementos de máquinas.
México: McGraw-Hill, 2000.
Shigley, Joseph Edgard.
Diseño en ingeniería mecánica.
México: McGraw-Hill, 1990.
Aguirre Esponda, Guillermo
Diseño de elementos de máquinas.
Trillas, 1990.
SITIOS WEB.
http://www.acrilicos.com.ar/tablamateriales.htm
http://www.policarbonato.com/lexan1.html
http://www.acerosfortuna.com.mx/pdfs/posterstablas.pdf
http://www.ntnmexico.com.mx/catalogo/catalogos
http://www.southco.com
http://www.labelident.com
