IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA

MECANICA Y ELECTRICA

INGENIERIA AERONAUTICA

“DISEÑO DE UNA MAQUINA TERMOFORMADORA PARA MOLDES DE PRODUCCION LIMITADA”

REPORTE FINAL DE INVESTIGACIÓN

PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN AERONAUTICA

P R E S E N T A: JESUS ESCALONA OLMOS

MAX SANTIAGO LABRA

MEXICO D.F., a 20 de enero de 2006

1

2

INDICE Página INRODUCCION . . . . . . . . 1 GLOSARIO . . . . . . . . . 2 CAP. I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA . . . 3

1.1 CONTEXTO. . . . . . . 3 1.2 OBJETIVO GENERAL. . . . . . 3

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS . . . . 3

1.4 JUSTIFICACIÓN . . . . . 4

1.5 ALCANCE . . . . . . 4

1.6 METODOLOGÍA UTILIZADA . . . . 5

CAP. II MARCO TEÓRICO . . . . . . 6 CAP. III ESTUDIO QFD . . . . . . 8 CAP. IV DISEÑO DE ELEMENTOS MECANICOS . . 24 CAP. V DISEÑO ELECTRICO-ELECTRONICO . . . 29 CONCLUSIONES . . . . . . . . 31 BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . 32 APENDICES . . . . . . . . . 33

3

INTRODUCCION

El uso de materiales plásticos como materia prima ah venido creciendo a

través de los años ya que son productos maleables, ligeros, baratos y una

buena parte de ellos reciclables.

Para poder utilizarlos en las diferentes industrias requiere de procesos

específicos y tratamientos especiales por lo que surgen necesidades tales

como la creación de nuevos aditivos que cambien sus propiedades y de

máquinas para transformarlos.

En este trabajo propondremos una máquina para el termoformado que

deberá cubrir ciertas necesidades y contar con cualidades específicas para

hacerla rentable para lo que nos enfocaremos en las formas del diseño y en los

materiales con la cual se buscará satisfacer a personas que trabajen en bajos

volúmenes y que requieren de algo simple.

4

GLOSARIO DE TERMINOS LED. - Diodo emisor de luz.

MAGNETRON. - Lámpara de alta frecuencia que emite ondas

electromagnéticas de menos de 1 cm de longitud (microondas).

PONDERACION. - Valoración que se da a una variable, en economía o

estadística, según su importancia relativa dentro de un conjunto o sistema.

POTENCIOMETRO. – Instrumento para controlar la salida de potencia

eléctrica.

QFD. – Quality function deployment.

TERMOFORMADO. – Proceso por el cual se da forma a materiales plásticos

mediante calor y vacío.

TERMOPAR. - Es un circuito formado por dos metales distintos que produce un

voltaje siempre y cuando los metales se encuentren a temperaturas diferentes,

son ampliamente usados como sensores de temperatura.

TWEETER. – Dispositivo que produce sonido. Bocina.

5

Capítulo I 1.1 Contexto

Se ha notado la ausencia en el mercado de una máquina para producir

mediante el proceso de termoformado, una cantidad muy reducida de piezas, a

partir de moldes prototipo maquinados de forma sencilla, incluso hasta casera,

a un costo relativamente bajo.

Dado que las máquinas termoformadoras comúnmente encontradas en

el mercado manejan grandes volúmenes de producción son muy complejas en

sus sistemas y en su operación, además de ser voluminosas y pesadas,

resultando esto en un costo muy elevado de adquisición, no siendo aptas para

producciones por debajo de las 20 000 unidades, y por lo tanto, no son aptas

para los propósitos antes mencionados.

1.2 Objetivo general

Crear una máquina capaz de producir réplicas de un molde de bajo

volumen de producción, con un costo por unidad producida económico.

1.3 Objetivos Específicos

El objetivo específico para el Capítulo 1 de este documento, será dejar

bien establecidas las razones, motivaciones, metas y justificaciones por las

cuales se ha decidido solucionar este problema.

Dentro del Capítulo 2 se establecerá el marco teórico dentro del cual

debe desarrollarse este proyecto, así como la metodología que se seguirá para

conseguir la información sobre la cual se basará el diseño resultante.

En el Capítulo 3 se procesará la información obtenida con la ayuda de

las herramientas establecidas en el capítulo anterior, para obtener la solución

más conveniente para cada problema.

El Capítulo 4 estará enfocado en el diseño de los elementos mecánicos

y estructurales que conformarán a la máquina resultante del estudio previo.

6

El Capítulo 5 se dedicará el diseño eléctrico-electrónico y térmico que

formarán parte del diseño.

1.4 Justificación

Se ha decidido realizar este trabajo porque se ha notado que los

estudiantes de la ESIME Ticomán muchas veces se ven en la necesidad de

crear prototipos y modelos para túnel de viento y no se cuenta con las

herramientas apropiadas para poder desarrollar un trabajo completamente

satisfactorio.

Además, algunos de los integrantes de dicha comunidad tienen la afición

al modelismo estático o dinámico, y es de resaltar lo útil que sería una máquina

de esta naturaleza para dicha afición.

Por último, se han identificado algunos clientes potenciales para este

aparato, como serían: los usuarios de talleres y laboratorios escolares de

Ingeniería mecánica y civil, los alumnos de las carreras de arquitectura y

diseño gráfico, los talleres de utilería en teatro y artes plásticas que requieran

en algún momento fabricar, mediante un proceso sencillo, económico y rápido

modelos, prototipos, piezas, empaques o repuestos con moldes caseros

fabricados por ellos mismos. Aunque también sería de gran ayuda para los

pequeños productores de alimentos como dulces, galletas o confitería que

requieran tanto de moldes para fabricar sus productos, como charolas o

empaques para resguardarlos.

1.5 Alcance

El alcance planteado consiste en diseñar una máquina termoformadora

que posea unos bajos costos de adquisición, mantenimiento y operación, un

volumen y un peso reducidos, así como una prolongada vida útil, que sea apta

para bajos volúmenes de producción y que sea compatible con cualquier tipo

de moldes, desde los más sencillos hechos artesanalmente, hasta los más

complicados realizados con sofisticados y modernos métodos de manufactura

7

1.6 Metodología

Se trabajará mediante el empleo del método QFD para obtener toda la

información resultante de este documento, la razón principal para elegir este

método, es porque ayuda a dar solución de manera satisfactoria, si no al 100%

de los problemas, a los puntos más críticos en cuestión, además, la

información obtenida es muy fácil de interpretar.

El primer paso a seguir será aplicar una encuesta de 16 preguntas a una

población de 100 individuos repartida en diferentes institutos de educación e

investigación de nivel superior; principalmente a las carreras de Ing.

Aeronáutica, Ing. Mecánica, Arquitectura, Artes Plásticas y en la carrera de

Utilería en la ENBA.

A continuación se hará un análisis de la información obtenida, y se

clasificarán las necesidades de acuerdo a su viabilidad, prioridad, economía y

comodidad principalmente.

Se propondrán diferentes soluciones para cada problema y de ellos se

elegirá el más conveniente, se hará un estudio comparativo de los productos

existentes en el mercado y se decidirá si las soluciones son viables o no.

Por último se integrarán todos los resultados en un diseño conceptual, el

cuál se procederá a desarrollar en los capítulos siguientes.

8

Capítulo II

Se tomarán como marco teórico las opiniones y preferencias de los

posibles usuarios de este tipo de máquinas, recolectadas mediante una

encuesta (Anexo 1) y que arroja los siguientes resultados:

Requerimientos del cliente

Los requerimientos del cliente se han obtenido a partir de una encuesta

realizada entre el Sábado 20 y el Martes 23 de Agosto del año 2005, realizada

entre estudiantes y profesores de las diferentes carreras antes mencionadas

del IPN y la ENBA en la Ciudad de México y de la BUAP en la ciudad de

Puebla, así como en diferentes talleres y clubes de modelismo, tanto estático

como dinámico en ambas ciudades.

La encuesta se aplicó a personas afines a este tema y que en algún

momento han tenido la necesidad antes mencionada, con una explicación

previa de los productos ofertados actualmente y de los resultados que pueden

esperar de ellos.

Obligatorios

*Que posea un dispositivo de encendido/apagado.1

*Que posea un sistema de sujeción del material a trabajar.

*Que la pieza formada se pueda desmontar fácilmente del sistema de sujeción

del material.

*Que posea un dispositivo portador/sujetador del molde a copiar.

*Que posea un dispositivo de caja de succión donde se pueda acoplar el

sistema portador/sujetador.

*Que la caja de succión sea compatible tanto con bombas especializadas como

con aspiradoras comunes.

1. Debe cumplir con la Norma Oficial Mexicana NOM-016-SCFI-1993. Ver anexo 2.

9

Deseables

*Que posea un dispositivo medidor de temperatura.

*Que posea un dispositivo de control de temperatura.

*Que posea un dispositivo medidor del tiempo.

*Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema

portador del material y el cajón de succión portador del molde.

*Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de material

de diferentes medidas.

*Que posea un diseño compacto.

*Que sea de operación sencilla.

*Que sea de mantenimiento sencillo.

*Que sea económico.

10

Capítulo III

Estudio QFD para el diseño de una máquina termoformadora para

moldes de producción limitada

El siguiente estudio QFD se ha realizado tomando como referencia los

requerimientos obligatorios y deseables establecidos en el capítulo anterior.

Ponderación de los requerimientos del cliente

Para la ponderación de los requerimientos, tomaremos los

requerimientos deseables del cliente y formaremos con ellos una tabla para

hacer más fácil y práctica esta labor.

Requerimientos a ponderar:

A = *Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema

portador del material y el cajón de succión portador del molde.

B = *Que posea un dispositivo medidor de temperatura.

C = *Que posea un dispositivo de control de temperatura.

D = *Que posea un dispositivo medidor del tiempo.

E = *Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de

material de diferentes medidas.

F = *Que posea un diseño compacto.

G = *Que sea de operación sencilla.

H = *Que sea económico.

Con la ayuda de la fórmula:

A= Σ A / Σ Total * 100

11

Completamos los valores de la tabla.

A B C D E F G H Σ+ % A # + + + 0 0 - 0 3 16.66 B - # 0 0 - + - 0 1 5.55 C - 0 # 0 - + - 0 1 5.55 D - 0 0 # - + - - 1 5.55 E 0 + + + # 0 + 0 4 22.22 F 0 - - - 0 # + - 1 5.55 G + + + + - - # - 4 22.22 H 0 0 0 + 0 + + # 3 16.66 18 100

Estudio Comparativo

En el estudio comparativo incluiremos los requerimientos tanto

deseables como los no deseables del cliente, comparados contra las

características de los productos disponibles en el mercado, de los cuales se

incluirá una pequeña descripción:

A.- Exo-former 24 de Vacugenic Corporation Precio: $3 425 USD Dimensiones: Superficie de trabajo del conjunto armado: Largo 64’’, Ancho 28’’, Altura 21.375’’, Peso 89 lb Superficie de material para trabajar: 21.5 x 21.5 (54.61 x 54.61cm)

Descripción: De construcción metálica, con bisagra y sistema de

alineación entre la fuente de calor y la fuente de succión para el marco de

soporte, esta máquina incluye fuente de calor, marco de montaje para la placa

de plástico, cajón de succión y fuente de succión (bomba).

12

Familia de termoformadoras miniatura de Warmplastic

Son 5 diferentes tamaños de termoformadoras, se venden por separado, todas son de construcción en madera, incluyen marco de montaje para el material, no incluyen fuente de calor ni fuente de succión. B.- Modelo The Canopy Master Precio: $ 84 USD

Dimensiones: 3 ½’’ x 3 ½’’ (8.89 x 8.89cm) C. - Modelo The Kingstone Micro Precio: $ 98 USD Dimensiones: 4’’ x 6’’ (10.6 x 15.24) D. - Modelo The Kingstone Junior Precio: $ 119 USD Dimensiones: 6’’ x 8’’ (10.6 x 20.32cm) E.- Modelo Kingstone Mono Precio: $ 159 USD Dimensiones: 8’’ x 10’’ (20.32 x 25.4cm) F.- Modelo: The Zeppelin Master Precio: $ 199 USD Dimensiones: 11’’ x 6’’

13

Requerimientos Obligatorios 1 = *Que posea un dispositivo de encendido/apagado.

2 = *Que posea un sistema de sujeción del material a trabajar.

3 = *Que la pieza formada se pueda desmontar fácilmente del sistema de

sujeción del material.

4 = *Que posea un dispositivo portador/sujetador del molde a copiar.

5 = *Que posea un dispositivo de caja de succión donde se pueda acoplar el

sistema portador/sujetador.

6 = *Que la caja de succión sea compatible tanto con bombas especializadas

como con aspiradoras comunes.

Requerimiento s

Obligatorios Importancia

Relativa Producto

A Producto

B Producto

C Producto

D Producto

E Producto

F

1 100 % 4 0 0 0 0 0

2 100 % 4 2 2 2 2 2

3 100 % 2 1 1 1 1 1

4 100 % 0 0 0 0 0 0

5 100 % 4 4 4 4 4 4

6 100 % 0 4 4 4 4 4 ¿El requerimiento es satisfecho? Totalmente 4 Casi por completo 3 Medianamente 2 Muy poco 1 Nada 0

14

Requerimientos Deseables A = *Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema

portador del material y el cajón de succión portador del molde.

B = *Que posea un dispositivo medidor de temperatura.

C = *Que posea un dispositivo de control de temperatura.

D = *Que posea un dispositivo medidor del tiempo.

E = *Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de

material de diferentes medidas.

F = *Que posea un diseño compacto.

G = *Que sea de operación sencilla.

H = *Que sea económico.

Requerimientos Deseables

Importancia relativa

Producto A

Producto B

Producto C

Producto D

Producto E

Producto F

A 16.66 4 0 0 0 0 0

B 5.55 0 0 0 0 0 0

C 5.55 3 0 0 0 0 0

D 5.55 0 0 0 0 0 0

E 22.22 0 0 0 0 0 0

F 5.55 0 4 4 4 4 4

G 22.22 4 2 2 2 2 2

H 16.66 0 0 0 0 0 0

¿El requerimiento es satisfecho? Totalmente 4 Casi por completo 3 Medianamente 2 Muy poco 1 Nada 0

15

Traducción de los requerimientos del cliente en términos mensurables.

Requerimientos del cliente Traducción del requerimiento Unidad de medición

Obligatorios

Encender/apagar el aparato. Botón de encendido Número de piezas

Sujetar el material a trabajar. Número de piezas

Fácilmente desmonte de la pieza formada del sistema de sujeción de material .

Número de movimientos

Portar/sujetar el molde a copiar. Número de piezas

Caja de succión compatible con el sistema portador/sujetador.

Número de piezas

Compatibilidad con aspiradoras comunes. Diámetro de la toma de aire m

Deseables

Integrar en una sola máquina el sistema portador de material, el molde, la caja de succión y la fuente de calor.

Número de piezas

Medición de la temperatura.

ºC/ºF

Control de la temperatura. Ω

Medición del tiempo.

seg.

Diferentes marcos portadores. Número de piezas

Intercambio de marcos. Número de movimientos Capacidad de portar material de trabajo variable.

Diferentes medidas de trabajo. m2

Diseño compacto Mínimo espacio a ocupar. m3

Mínimo número de componentes. Número de piezas

Experiencia mínima del usuario. Años Operación sencilla

Mínimo esfuerzo físico Número de movimientos

Económico Costo de adquisición $

16

Fijación de las metas de diseño

Metas de diseño Magnitud Unidad

Resistencia al desgaste 22 000 o 20 Ciclos de trabajo o años

Peso máximo 60 Kg.

Longitud máxima 0.70 m

Ancho máximo 0.70 m

Altura máxima 0.90 m

Temperatura máxima 350 ºC

Control de temperatura 1 Potenciómetro

Monitoreo de temperatura 1 Termopar

Monitoreo del tiempo 1 Cronómetro

Visualización de los sistemas 1 Tablero de control

Máximo número de piezas desmontables 50 Elementos

Diferentes medidas de trabajo (bastidores) 5 (10 x 10, 20 x 20, 30 x 30, 40 x 40, 50 x 50, ) cm

Herramienta común 5 Herramientas

Diámetro de la toma de succión 2 Plg.

Número máximo de fuentes de vacío acopladas simultáneamente 2 Bombas o

aspiradoras

Rendimiento máximo (sin cambiar el molde) 20 Piezas por hora

Número máximo de movimientos para obtener una pieza 10 Movimientos

Número máximo de movimientos para cambiar los bastidores 20 Movimientos

Tiempo máximo de capacitación 6 Hrs.

Número máximo de personal para montar la máquina 1 Persona

Número máximo de personal para operar la máquina 1 Persona

Número máximo de personal para dar mantenimiento a la máquina 1 Persona

Dimensiones mínimas del molde a copiar 1 x 1 x 1 cm

Dimensiones máximas del molde a copiar 0.45 x 0.45 cm

Altura máxima del molde a copiar 30 cm

Costo máximo por unidad 7 500 Pesos ($)

17

Diseño conceptual

A1.- Resistir las condiciones del medio Ambiente.

A2.- Proporcionar succión al sistema.

A3.- Energizar el sistema.

A4.- Monitorear el sistema.

A5.- Desplegar la información del sistema.

A6.- Controlar el sistema.

A7.- Montar el material.

A8.- Montar los moldes.

A9.- Portar el material en diferentes medidas.

A10.- Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de

termoformado.

18

Diagrama funcional de nivel mayor Energizar el sistema Control de la Temp. Calentamiento de las resistencias Medición de la temp. Montaje del molde Medición del tiempo Montaje del material Portar el material Señales visuales/auditivas Energía eléctrica Molde Desgaste de los Elementos Encender/apagar Succión Copias del molde Bastidor Medio ambiente Calor disipado Tablero de control Máquina termoformadora

Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de

termoformado

19

Clasificación por su importancia

Función global

* Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de termoformado

Funciones complementarias

* Resistir las condiciones del medio Ambiente.

* Proporcionar succión al sistema.

* Energizar el sistema.

* Monitorear el sistema.

* Desplegar la información del sistema.

* Controlar el sistema.

* Montar el material.

* Montar los moldes.

* Portar el material en diferentes medidas.

Clasificación por su naturaleza

* Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de termoformado

* Resistir las condiciones del medio Ambiente.

* Proporcionar succión al sistema.

* Energizar el sistema.

* Monitorear el sistema.

* Desplegar la información del sistema.

* Controlar el sistema.

* Montar el material.

* Montar los moldes.

* Portar el material.

20

Creación de conceptos *Cerrar y abrir un circuito para energizar el sistema

- Botón de encendido (eléctrico/electrónico)

- Control remoto

- Switch (mecánico)

*Convertir la energía eléctrica en energía calorífica

- Magnetrón (microondas)

- Resistencias eléctricas

- Lámparas UV

- Resistencias infrarrojas

*Visualizar la información

- LED

- Tweeters (chicharras)

- Focos

- Vibradores

- Display

*Medir la temperatura

- Termómetro

- Termopar

*Controlar la temperatura

- Termostato

- Potenciómetro

- Interruptor

21

*Acoplar el sistema portador a la caja de succión

- Manualmente (sin guía)

- Guía tipo “libro” (con bisagra entre la fuente de calor y la fuente de succión)

- Guía de varillas en configuración vertical (la fuente de calor se halla sobre la

fuente de succión sostenida por unas varillas sobre las cuales corre el bastidor)

*Acoplar el bastidor con el material al molde

- Manual

- Automática (hidráulica)

- Automática (mecánica)

- Automática (neumática)

- Automática (eléctrica/electrónica)

22

Lluvia de ideas

Idea o concepto a evaluar (Lluvia de ideas)

No

es fa

ctib

le

Tal

vez

sea

fa

ctib

le

Es

muy

fac

tible

Tec

nolo

gía

esta

de

sarr

olla

da

Tec

nolo

gía

está

di

spon

ible

Tec

nolo

gía

está

al

alc

ance

Eva

luac

ión

Si c

umpl

e co

n lo

s re

quer

imie

ntos

de

l clie

nte

No

cum

ple

con

los

requ

erim

ient

os

Cerrar y abrir un circuito para energizar el sistema

Botón de encendido (eléctrico/electrónico) O O O O O Control remoto 1,2 O X O O Switch (mecánico) 4 O O O O

Convertir la energía eléctrica en energía calorífica

Magnetrón (microondas) 1,4,5 O X X O Resistencias eléctricas O O O O O Lámparas UV 1,4,2 O O O O Resistencias infrarrojas 1,2 O X O O

Visualizar la información

LED O O O O O Tweeters (chicharras) O O O O O Focos 2 O O O O Vibradores 4 O O O X Display 1 O O O O

Medir la temperatura

Termómetro 4 O O O O Termopar 1 O O O O

Controlar la temperatura

Termostato O O O O O Potenciómetro O O O O O Interruptor 4 O O O X

Acoplar el sistema portador a la caja de succión

Manualmente 4 O O O X Guía tipo “libro” 3 O O O O Guía de varillas en configuración vertical 4 O O O O

Acoplar el bastidor con el material al molde

Manual O O O O O Automática (hidráulica) X Automática (mecánica) 1,3 O O Automática (neumática) X Automática (eléctrica/electrónica) 1,2,3 O O O O O.- Cumple con la evaluación X.- No cumple con la evaluación 1.- Si no se incrementa su costo 2.-Si no se incrementa el consumo de energía 3.- Si el mecanismo no es muy grande y/o pesado 4.- Si el sistema no disminuye la seguridad durante la operación 5.- Si no aumenta la complejidad de la operación

23

Generación de conceptos globales

Funciones Conceptos

Primer nivel A B C D E

Energizar el sistema

Switch (mecánico)

Eléctrico/electrónico

Control remoto

Convertir energía eléctrica en calor

Magnetrón

Resistencias

eléctricas

Lámparas UV

Resistencias infrarrojas

Visualizar la información

LED

Chicharras

Focos

Vibradores

Display

Medir la temperatura

Termómetro

Termopar

Controlar la temperatura

Potenciómetro

Termostato

Interruptor

Potenciómetro/

Termostato

Acoplar el sistema portador a la caja de

succión

Manualmente

Guía tipo libro

Guía de varillas

Acoplar el bastidor con el material al

molde

Manual

Mecánica

Eléctrica/electrónica

Resistir las condiciones del medio Ambiente

Recubrimientos

superficiales

Materiales resistentes a las temperaturas de

trabajo

Materiales cerámicos

Proporcionar

succión al sistema

Compatible con

aspiradora

Compatible con

bomba

Compatible con

ambos

Montar los moldes

Manual

Automático

Montar el material a

los bastidores

Manual

Automático

Portar el material en diferentes medidas

Marcos de diferentes medidas ajustables

al bastidor

Bastidor de

geometría variable

24

Estudio comparativo Requerimientos del cliente Importancia relativa I II III

Que posea un dispositivo de encendido/apagado. 10 - S R Que posea un sistema de sujeción del material a trabajar. 10 S S E Que la pieza formada se pueda desmontar fácilmente del sistema de sujeción del material.

10 - - F

Que posea un dispositivo portador/sujetador del molde a copiar. 10 - - E Que posea un dispositivo de caja de succión donde se pueda acoplar el sistema portador/sujetador.

10 S S R

Obl

igat

orio

s

Que la caja de succión sea compatible tanto con bombas especializadas como con aspiradoras comunes

10 - - E

Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema portador del material y el cajón de succión portador del molde.

3 - + N

Que posea un dispositivo medidor de temperatura. 1 - - C Que posea un dispositivo de control de temperatura. 2 - S I Que posea un dispositivo medidor del tiempo. 2 - - A Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de material de diferentes medidas.

4 - -

Que posea un diseño compacto. 1 + - Que sea de operación sencilla. 4 - S

Des

eabl

es

Que sea económico. 3 - - Total (+) 1 1 0 Total (-) -

11 -8 0

Diferencia -10

-7 0

Res

ulta

dos

Importancia relativa total -58

-38

0

*I.- Familia de termoformadoras miniatura de Warmplastic

II.- Exo-former 24 de Vacugenic Corporation

Referencia.- Modelo propuesto como solución

*Se ha decidido comparar a toda la familia de termoformadoras juntas, ya que

las únicas diferencias entre los 5 modelos son las dimensiones, y el precio,

pero éstos últimos son más o menos proporcionales.

Concepto

+.- Significa que el modelo funcional es superior en ese aspecto al modelo de

referencia

-.- Significa que el modelo funcional es inferior en ese aspecto al modelo de

referencia

S.- Significa que el modelo funcional cumple de la misma manera con el

requerimiento que el modelo de referencia.

25

Conclusión

Gracias al estudio QFD, hemos podido identificar las funciones

principales que son aquellas a las que debemos prestar más atención a la hora

de resolver los requerimientos del cliente, también ha sido posible identificar las

fortalezas y las debilidades de los productos de la competencia, y con ayuda

del Diseño Conceptual hemos desarrollado un producto superior en la mayoría

de sus características a los de la competencia.

26

Capítulo IV 4.1 Diseño de elementos mecánicos

La máquina se compone de 4 módulos básicamente que son el de de

sujeción, calentamiento, el cajón de succión y de control. Para disminuir costos

de producción así como complejidad de maquinado seleccionamos materiales

lo suficientemente resistentes al trabajo exigido sin que sean demasiado caros.

El módulo de sujeción se compone de 3 elementos construidos de

madera que son una cubierta inferior, una superior y el bastidor móvil. Con los

dos primeros elementos se sujetará el material de trabajo en una situación de

tipo sándwich. El área de trabajo es variable de acuerdo al tamaño de la pieza

a trabajar variando desde 10x10 cm hasta 50x50 cm. La parte inferior (FIG. 1)

estará fija a el bastidor por lo que para alimentar de material, estará sujeta a la

cubierta superior mediante tres bisagras.

FIG. 1 Cubierta inferior.

27

Al colocar el material a trabajar sobre la cubierta inferior se aprisionará

con la cubierta superior (Fig. 2). Ambas cubiertas estarán sujetas mediante un

par de tornillos al extremo los cuales se sujetan al bastidor móvil y se aseguran

con tuercas.

FIG. 2 CUBIERTA SUPERIOR

El bastidor móvil (FIG. 3) contiene a las anteriores dos partes contando

con agarraderas para facilitar el movimiento y prevenir quemaduras en el

usuario además de ejercer la presión necesaria. Este bastidor correrá por 4

guías PTR de una pulgada.

En la parte superior se encuentra el módulo de calentamiento el cual

consta de una hoja de madera recubierta de una capa de asbesto en la cual

estará sujeta una resistencia eléctrica. La resistencia se fija a la madera con

arneses cerámicos. La hoja de madera sirve para cubrir la resistencia, la cual

habrá de proporcionar el calor necesario para hacer maleable el plástico a

trabajar, para proteger a la madera y aislar el calor generado utilizamos la fibra

de asbesto que debe resistir al menos 400°C.

28

FIG. 3 BASTIDOR MOVIL

FIG. 4 MODULO DE CALENTAMIENTO

29

El cajón de succión está compuesto por una caja de madera cubierta por

una tapa (FIG. 4) hecha de aluminio con orificios para sacar el aire y así evitar

la formación de burbujas en la nueva pieza. El área de trabajo (superficie

barrenada) es variable en iguales dimensiones a las cubiertas. En el cajón

tenemos un ducto del lado izquierdo en el cual se conecta la fuente de succión.

FIG. 4 Tapa de succión

El área de control está localizada en la parte frontal de la máquina la

cual está detallada en el capítulo 5. Para conectar la resistencia al sistema de

control se utilizan los PTR frontales como conductos del cableado necesario

con lo cual también podemos protegerlos del medio.

Algunas especificaciones de los materiales se encuentran en el anexo 3.

30

FIG. 6 Vista general

31

Capítulo IV 5.1 Diseño eléctrico-electrónico

El circuito eléctrico-electrónico se compone de una fuente, un circuito de

control de fase y la resistencia eléctrica de carga.

La fuente suministra 12-24 volts de CD al circuito electrónico (el cual

consta de un potenciómetro y una salida de potencia), mediante el cual se va a

controlar el circuito eléctrico conformado por la resistencia de tungsteno.

El control de fase o salida de potencia acopla el circuito de CA y CD

haciendo posible variar la temperatura de la resistencia administrando la

energía de alimentación mediante el potenciómetro. Para este propósito se

emplea un interruptor controlado de silicio (SCR).

La resistencia eléctrica fabricada de tungsteno funciona con 120 volts de

CA y es capaz de producir los 350°C necesarios para el calentamiento del

plástico.

Con esto se trata de simplificar el control de la máquina haciendo

sencillo su funcionamiento y su reparación en caso de una posible avería.

A continuación se presenta el diagrama general.

32

33

CONCLUSIONES

Se han cumplido varios objetivos de diseño, como por ejemplo el obtener

que este nuevo producto sea mas rentable en cuanto al costo de producción,

mantenimiento, y versatilidad. También se logro juntar el sistema de succión

con la fuente de calor y el sistema portador del material a trabajar.

También logramos que el molde formado se pueda desmontar fácilmente

del sistema de sujeción. Podremos trabajar con diferentes tamaños de piezas,

sin embargo, tal vez seria posible realizar diferentes geometrías del área de

succión en las tapas.

Por otra parte no se lograron algunos objetivos como medir la

temperatura ya que requerimos de un mayor volumen de espacio en el área de

control para poder manejar más instrumentos. Si se retoma este trabajo se

debe agregar más espacio a esa sección para poder albergar un display de

temperatura

34

BIBLIOGRAFIA

ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS

Robert Boylestad, Louis Nashelsky. Prentice Hall Hispanoamericana, Segunda Edicion. Pp 578-581

CIRCUITOS ELECTRICOS Joseph A. Edminister, Mahmood Nahvi . Serie Schaum, Tercera Edicion. Pp 261-293

SECRETARIA DE ECONOMIA

www.economia.gob.mx. NOM-016-SCFI-1993. http://www.aeim.org/maderaview.asp?key=67 http://www.awc.org/index.html

PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA

http://personal.iddeo.es/javiarias/mueble11.htm

35

Apéndice 1 1.- ¿Para qué tipo de actividad que usted desarrolla es necesario el empleo de una máquina termoformadora?

a. Escolar b. Laboral c. Recreativa d. Artística 2.- ¿Conoce usted los principios de funcionamiento de la máquina termoformadora?

a. Sí b. No 3.- ¿Cuenta usted actualmente con una máquina de este tipo?

a. Sí b. No En caso de poseerla, ¿cuál es su origen?_______________________________ 4.- ¿Tiene usted problemas para fabricar los moldes?

a. Sí b. No ¿Cuáles?________________________________ 5.- ¿Qué tipo de material es el que emplea o emplearía más comúnmente para el proceso de termoformado?

a. Poliestireno b. PET-G c. Policarbonato d. Acetato butirato e. Otro

6.- ¿Qué calibre emplea o emplearía para el material antes mencionado?

a. 0.10-0.20 b. 0.30-0.40 c. 0.50-0.60 d. Otro Especifique:________________________ 7.- ¿Cuál de las siguientes dimensiones es la que más se aproxima a sus necesidades de trabajo?

a. 10x10 cm b. 20x20 cm c. 30x30 cm d. 40x40cm e. Otra 8.- ¿Cree usted que las máquinas de este tipo ofertadas actualmente cumplen

satisfactoriamente con sus requerimientos?

a. Sí b. No

¿Por qué?______________________________________________ En caso de que saliera al mercado una nueva máquina termoformadora, usted:

36

9.- ¿Desearía que ésta tuviera la capacidad de intercambiar marcos de diferentes medidas de trabajo para poder ahorrar así material y energía?

a. Sí b. No

10.- ¿Desearía que el diseño de la máquina sea compacto y aproveche al máximo el espacio disponible sin sacrificar la capacidad del área de trabajo?

a. Sí b. No c. Es irrelevante

11.- ¿Desearía que la fuente de calor se incluyera en la máquina junto con el

sistema portador de material y el cajón de succión?

a. Sí b. No

12.- ¿Considera importante contar con un dispositivo indicador de temperatura?

a. Sí b. No 13.- ¿Considera importante contar con un dispositivo controlador de temperatura?

a. Sí b. No

14.- ¿Considera importante contar con un dispositivo medidor de tiempo?

a. Sí b. No 15.- ¿Cuál considera que sea la fuente de succión para la máquina más conveniente o apropiada?

a. Bomba de succión especializada b. Aspiradora casera común y corriente c. Que le pueda adaptar las dos anteriores d. Otra

Especifique:____________________________

16. ¿Hasta cuánto estaría usted dispuesto a pagar por una máquina con las características anteriores?

a. De $2,500 a $3,500 b. De $3,501 a $5,500

c. De $5,501 a $7,500 d. Más de 7,501

37

Apéndice 2

10-14-93 NORMA Oficial Mexicana NOM-016-SCFI-1993, Aparatos electrónicos – Aparatos electrónicos de uso en oficina y alimentados por diferentes fuentes de energía eléctrica - requisitos de seguridad y métodos de prueba. 1.- OBJETIVO Esta Norma Oficial Mexicana establece los requisitos de seguridad así como los métodos de prueba que deben de cumplir los aparatos electrónicos de uso en oficinas y escuelas.

2.- CAMPO DE APLICACION Esta Norma Oficial Mexicana se aplica a los aparatos electrónicos y electromecánicos de uso en oficinas y escuelas que se utilizan para la elaboración de diversos trabajos, propios de dichos lugares. Se considera como tales aparatos a las máquinas de escribir electrónicas, máquinas copiadoras y/o duplicadoras para la reproducción de documentos, calculadoras electrónicas, pizarrones electrónicos a aparatos de telefacsimilado y otros aparatos de uso en oficina y escuelas. Esta Norma es aplicable tanto a productos de fabricación nacional como importados

4.- ESPECIFICACIONES 4.1 Funcionamiento. El aparato no debe presentar alteraciones en su funcionamiento de acuerdo al manual de operación al someter al método de prueba indicado en 5.1. 4.2 Calentamiento bajo condiciones normales de operación. Todas las partes del aparato que en uso normal sean accesibles al usuario no deben tener una temperatura mayor de 20 C, sobre la temperatura ambiente, después de 1h continua de operación a su máxima capacidad, se verifica de acuerdo al método de prueba indicado en 5.2 4.3 Protector eléctrico de sobrecarga. El aparato debe contar con elementos interruptores que impidan una sobrecarga en su línea de alimentación y/o en sus fuentes internas para proteger el circuito; éste se verifica de acuerdo al método de prueba indicado en 5.3 4.4 Resistencia a la humedad. El aparato no debe presentar signos importantes de Corrosión en todas sus partes, después de haber sido sometido al método de prueba descrito en 5.4. 4.5 Rigidez dieléctrica.

38

Al someter al aparato al método de prueba descrito en 5.5 no debe presentar arcos eléctricos ni descargas disruptivas en el transcurso de la prueba. 4.6 Resistencia de aislamiento. El aparato no debe tener una resistencia de aislamiento menor que la indicada

en la tabla 1, al medirse conforme al método de prueba descrito en 5.6.

4.7 Corriente de fuga. La corriente de fuga del aparato de acuerdo a su clasificaci6n, no debe ser mayor de los valores indicados a continuación: Partes metálicas accesibles y laminillas delgadas: a) Para aparatos clase 0 clase 01 y clase 111 0.5 mA. b) Para aparatos portátiles clase l 0.75' mA. c) Para aparatos estacionarios clase operados por motor 3.5 mA. d) Para aparatos clase II 0.25 mA.

4.8 Acabado. El aparato debe presentar un acabado terso, libre de bordes filosos o aristas pronunciadas.

39

5.- METODOS DE PRUEBA 5.1 Funcionamiento. 5.1.1 Aparatos y equipo. - Fuente de tensión variable con la capacidad suficiente para proporcionar la potencia de consumo y tensión del aparato bajo prueba y con una variación regulable en tensión de # 15%. - Voltímetro de c.a. d c.c. capaz de medir la tensión aplicada al aparato bajo prueba con una precisión de # 1% 5.2 Calentamiento bajo condiciones normales de operación. 5.2.1 Aparatos y equipo. - Mismo equipo que se indica en 5.1.1. - Termopar con capacidad de 100°C, con una precisión de # 1%. 5.2.2 Procedimiento. - Conectar la muestra a la frente de alimentación aplicando su tensión nominal. - Operar la muestra durante 1 h de acuerdo a su manual de operación. - Registrar la temperatura ambiente. - Registrar los valores de temperatura de las partes del aparato accesibles al usuario. 5.2.3 Resultados. Al finalizar la prueba debe cumplirse con lo especificado en 4.2. 5.3 Protector eléctrico de sobrecarga. 5.3.1 Aparatos y equipo. - Herramienta necesaria para desarmar la muestra bajo prueba. 5.3.2 Procedimiento. Esta prueba se realiza por inspección visual. 5.3.3 Resultados. La muestra bajo prueba debe cumplir con la especificación indicada en 4.3. 5.4 Resistencia a la humedad. 5.4.1 Aparatos y equipo. - Cámara de humedad que cumpla con las siguientes condiciones: a) Cerrar herméticamente. b) Estar térmicamente aislada. c) Poder mantener la humedad relativa interior entre 91 y 95%. d) Mantener la temperatura del aire en 40 # 2°C, en todos los lugares donde puedan colocarse las muestras. e) Contar con los medios necesarios para hacer circular constantemente el aire contenido en su interior. g) No debe precipitarse agua sobre las muestras bajo prueba.

40

Apéndice 3

PROPIEDADES DEL ASBESTO

ESTILO 533N - ASBESTO HOJA CON NBR

Medidas: 1/64", 1/32", 1/16", 3/32", 1/8", 3/16" y 1/4"; Limite de Temperatura: -40°F hasta 750°F; Limite de presión: 1370 PSI; Dimensión de la Hoja: 59" x 63". Descripción: Hoja comprimida libre de asbesto producida de aramid y fibras sintéticas consolidado con NBR. Disponible con SBR. Aplicaciones: Agua, Salmuera, Ácidos Suaves, álcalis, aire, aceite, solventes y refrigerantes.

ESTILO 555 - CON INSERTOS DE ALAMBRE LIBRE DE ASBESTO CON NBR

Medidas: 1/32", 1/16", 3/32, and 1/8"; Limite de Temperatura: -40°F hasta 720°F; Limite de Presión: 1450 PSI; Dimensión de la Hoja: 59" x 63". Descripción: Hoja comprimida libre de asbesto producida de aramid y y fibras sintéticas reforzada con tejido de alambre y NBR. Recomendado para aplicaciones de sellado donde fluctúan la temperatura y la presión. Nota: Disponible con o sin grafito en ambos lados.

41

Aplicaciones: Vapor saturado, agua, salmuera, ácidos suaves, álcalis, aceites, solventes y refrigerantes.

ESTILO 850 - HOJA COMPRIMIDA DE FIBRA DE CARBON CON NBR

Medidas: 1/64", 1/32", 1/16", 3/32, y 1/8"; Limite de Temperatura: -40°F hasta 840°F; Limite de Presión: 1900 PSI; Dimensión de la Hoja: 59" x 63". Descripción: Hoja comprimida libre de asbesto producida con carbón y grafito con NBR. Aplicaciones: Vapor saturado, agua, salmuera, ácidos suaves, álcalis, aire, aceites, solventes y refrigerantes.

42

PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA

La densidad aparente de las maderas mas corrientes, secadas al aire, son:

Pino Común.................................. 0.32 – 0.76 Kg/dm3 Pino Negro.................................... 0.38 – 0.74 Kg/dm3 Pino- tea....................................... 0.83 – 0.85 Kg/dm3 Albeto............................................ 0.32 – 0.62 Kg/dm3 Pinabette....................................... 0.37 –0.75 Kg/dm3 Alerce........................................... 0.44 – 0.80 Kg/dm3 Roble............................................ 0.71 – 1.07 Kg/dm3 Encina.......................................... 0.95 – 1.20 Kg/dm3 Haya............................................. 0.60 – 0.90 Kg/dm3 Alamo........................................... 0.45 – 0.70 Kg/dm3 Olmo............................................. 0.56 – 0.82 Kg/dm3 Nogal............................................ 0.60 – 0.81 Kg/dm3

Tabla III.7 Densidades de algunas maderas

Resistencia a la tracción.

Resistencia a la compresión.

Resistencia a la flexión

Resistencia a la cortadura.

43

Valores de resistencia en dirección paralela a la fibra. Clases de Madera

Resistencia a la tracción en

N/mm2

Resistencia a la presión en

N/mm2

Resistencia a la flexión en

N/mm2

Resistencia a la cortadura en N/mm2

Abeto Blanco 90 43 66 7 Pino 104 47 87 10 Alerce 107 48 96 10 Abeto Rojo 84 40 62 5 Arce 82 49 95 9 Roble 90 60 10 11 Fresno 165 51 11 13 Haya roja 135 53 10 8