DISEÑO CONCEPTUAL DEL PROYECTO "AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE GALVANIZADO"

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN EN ENERGÍAS RENOVABLES

30 DE AGOSTO AL 3 DE SEPTIEMBRE 2010

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IF-04

Automatización del Proceso de Galvanizado.

Alberto Alonso Bahena Gómez1, Derlis Hernández Lara

2, Raúl Jiménez Hernández

3,

Luis Armando Flores Herrera4, Ricardo Gustavo Rodríguez Cañizo

5

RESUMEN Este trabajo presenta el diseño conceptual de un sistema automatizado para el proceso de galvanizado de piezas metálicas con dimensiones aproximadas de 10x10x30 cm que atiende la necesidad de una empresa mexicana de aumentar el número de piezas galvanizadas con la calidad requerida por mes, con el

objetivo de aumentar su competitividad a nivel nacional. Al automatizar el proceso de galvanizado se mejorarán las condiciones ambientales, laborales y la seguridad de los operarios, además se disminuirán factores afectados por este proceso, como el desperdicio de agua y energía eléctrica. Se hace uso de la metodología QFD aplicada al diseño en ingeniería para obtener un diseño conceptual óptimo.

ABSTRACT This paper addresses the conceptual design of an automated system

for the process of galvanization of metal parts with approximate dimensions of 10x10x30 cm that solves the necessity of a Mexican company to increase the number of galvanized parts with the required quality per month, with the aim of increasing its national competitiveness. By automating the process of galvanizing the environmental impact is decreased, as well as an improvement of the labor and safety conditions of the workers. The QFD methodology is applied to the engineering design to obtain an

optimal conceptual design.

Palabras claves: Automatización de procesos, Diseño conceptual, Metodología, Galvanizado, QFD.

INTRODUCCIÓN Actualmente en México se realiza el proceso de galvanizado de

piezas metálicas mediante los siguientes pasos principales: la preparación de superficie, galvanizado, y post-tratamiento. La figura 1 muestra el proceso completo de galvanizado de piezas metálicas.

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica – Unidad Azcapotzalco, Instituto Politécnico Nacional Av. de las Granjas #682, Col. Sta. Catarina C.P. 02550, México D.F. [email protected] 1, [email protected] 2, [email protected]

[email protected] 4, [email protected] 5

Figura 1.- Modelo de galvanización en caliente, ATEG [1].

La mayoría de las empresas mexicanas realizan este proceso de manera manual, por lo que es viable automatizarlo a un bajo costo y con un alto rendimiento. De acuerdo a lo anterior, el proyecto llegará hasta el diseño del proceso automático del galvanizado de

piezas metálicas para su implementación en pequeñas y medianas empresas a nivel nacional. Para el proceso de diseño se hará uso de la metodología QFD (Quality Function Deployment), que conlleva identificar la necesidad del cliente, sus requerimientos y por consecuencia la determinación da la solución óptima al problema planteado.

ANTECEDENTES El galvanizado es un proceso de recubrimiento de metales para prevenir la corrosión de estos. En la actualidad la mayoría de las

empresas que se dedican al galvanizado de metales, lo hacen de forma manual, en empresas grandes se realiza de forma semiautomática o automática, RM [2]. El proceso de galvanizado puede ser continuo o general, pero en ambos casos el principio es el mismo. En primer lugar se realiza un pretratamiento de la superficie del acero para eliminar grasas y óxidos provenientes del proceso de fabricación, a fin de disponer

de una superficie completamente limpia donde el zinc (Zn) y el hierro (Fe) puedan reaccionar y formar una capa protectora. El proceso general es el que la mayoría de las empresas realizan, existen varias formas de realizar dicho proceso, como lo son el galvanizado en caliente, galvanizado en frío y el galvanizado a través de la electrólisis, LATIZA [3]. Este trabajo en particular se enfoca al galvanizado de piezas metálicas a través de un proceso electrolítico, por lo que es

importante mencionar las consideraciones básicas más significativas al respecto.




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RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS El principio básico de los procesos de recubrimientos electrolíticos consiste en la conversión del metal del ánodo en iones metálicos que se distribuyen en la solución. Estos iones se depositan en el cátodo (pieza que será recubierta) formando una capa metálica en su superficie. En ambos procesos de recubrimientos la capa

depositada forma cristales metálicos. En función del tipo de estructura cristalina se derivan las diferentes propiedades del recubrimiento y así los campos de aplicación más adecuados. El recubrimiento electrolítico de las piezas se produce casi exclusivamente por inmersión en un baño. Para ello se introducen las piezas en las cubas donde se encuentra el electrolito, se les aplica la corriente eléctrica como cátodo, se recubren y se secan.

Al extraer las piezas del baño arrastran una cantidad del electrolito sobre la superficie de las piezas. Esa película superficial arrastrada se elimina en un proceso de lavado posterior para que no interfiera en las siguientes operaciones o presente las condiciones de acabado exigidas. Una línea de recubrimientos electrolíticos está compuesta por numerosas operaciones que, en función de las exigencias de

calidad y el campo de aplicación seleccionado pueden agruparse del siguiente modo: a) Pretratamientos mecánicos El pretratamiento mecánico arranca de la superficie de la pieza una fina capa. Incluye procesos como el cepillado, pulido y rectificado, que permiten eliminar asperezas o defectos de las superficies. En menor medida se aplica la técnica del chorreado que permite

eliminar junto con las asperezas y defectos de la superficie, los aceites, óxidos y restos de mecanizado. Tras estas operaciones es necesario someter a las piezas a un proceso de lavado, puesto que durante el mismo se deposita sobre la superficie de las piezas una parte de la grasa y del abrasivo utilizado, así como polvo metálico. b) Desengrase En la fabricación de piezas se emplean grasas, aceites y sustancias

similares como refrigerantes y lubricantes. A menudo también se engrasan las piezas como protección anticorrosiva temporal. El desengrase puede efectuarse básicamente de dos formas: con disolventes orgánicos o en soluciones acuosas alcalinas con poder emulsificador. c) Decapado El contacto entre atmósfera y piezas metálicas provoca la formación de capas de óxido. El objeto del decapado es su

eliminación. El baño de decapado contendrá diversos tipos de metal en solución en función del tipo de material base y del grado de mantenimiento y desmetalizado de los contactos de bombos y bastidores. d) Neutralizado El proceso de activado, también llamado neutralizado o decapado suave, se utiliza para eliminar esa pequeña capa de óxido que se ha

formado sobre la superficie del metal una vez que la superficie ha sido tratada o lavada en sucesivas etapas. Esa pequeña capa de

óxido hace que la superficie sea pasiva y por lo tanto mala conductora de la corriente eléctrica. Las soluciones empleadas son, por lo general, ácidos muy diluidos. Los activados permiten asimismo eliminar velos y manchas generados por compuestos

orgánicos y/o inorgánicos. e) Desmetalización La operación de desmetalizado va dirigida a eliminar los recubrimientos de piezas rechazadas o de los contactos de los bastidores sin producir daños en el metal base. Los primeros tienen una composición similar a un electrolito y los segundos suelen contener sustancias químicas fuertes que pueden generar

problemas en los tratamientos de aguas residuales, ISTAS [4].

TIPOS DE INSTALACIONES PARA EL PROCESO

DE GALVANIZADO Desde el punto de vista industrial se distinguen tres tipos principales de instalaciones o procedimientos de galvanización: procedimiento discontinuo, procedimientos automáticos o semiautomáticos y procedimientos continuos, LATIZA [5]. A continuación se mencionara las características más importantes de cada uno de estos tipos de instalación: Instalaciones discontinuas o de galvanización general

Son aquellas en las que se galvanizan piezas y productos de peso y tamaños muy diversos (desde tornillería hasta elementos estructurales de gran tamaño), por lo que no es fácil la automatización del proceso. En este tipo de instalaciones la preparación superficial se realiza por vía química. Instalaciones automáticas o semiautomáticas Permiten la galvanización de productos en serie, tales como tubos,

perfiles, accesorios de tuberías, etc. En estas instalaciones la preparación superficial se realiza también por vía química (en algunos casos por chorreo abrasivo), y el movimiento de los materiales a través de las distintas etapas del proceso es total o parcialmente automatizado. Instalaciones continuas La galvanización del alambre (en carretes), de la banda y fleje (en

bobinas) se efectúa en líneas de galvanización que trabajan en continuo, y en las que la preparación superficial previa a la inmersión en el baño de zinc puede realizarse por vía química (como es el caso más frecuente en el alambre) o por vía termoquímica en hornos de atmósfera apropiada, sistema ampliamente empleado para el fleje y la banda. Un ejemplo de este tipo de instalación continua de galvanizado se muestra en la figura 2 Donde se observa el esquema de un proceso continuo de

galvanizado, viéndose que desde que se inicia el proceso, no hay una interrupción en los pasos, es decir el procedimiento es constante de aquí que se le llame proceso de galvanizado continuo.




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Figura 2.- Esquema de una instalación de galvanización en

continuo de chapa, AGA [6].

DESARROLLO Para la generación del concepto ganador, se empleó la metodología de Despliegue de la Función de Calidad (QFD por sus siglas en inglés) que consiste en identificar la necesidad del cliente y sus requerimientos. Después, se procede a la traducción de los requerimientos a términos mensurables de ingeniería a fin de establecer metas de diseño, generar y evaluar conceptos adecuados

para resolver la necesidad, culminando con la determinación del concepto ganador, el cual podrá ser evaluado y de ser necesario mejorado en la siguiente etapa de diseño en ingeniería, QFDLAT [7]. “El QFD es una práctica para diseñar los procesos en respuesta a las necesidades de los clientes. QFD traduce lo que el cliente quiere en lo que la organización produce. Le permite a una

organización priorizar las necesidades de los clientes, encontrar respuestas de innovación a esas necesidades, y mejorar procesos hasta una efectividad máxima. QFD es una práctica que conduce a mejoras del proceso que le permiten a una organización sobrepasar las expectativas del cliente.”, Uselac [8]. Determinación de las expectativas y requerimientos del cliente:

1. Identificación de la necesidad

Necesidad: Aumentar el número de piezas galvanizadas con la calidad requerida. Objetivo: Diseñar un sistema automatizado para realizar el proceso de galvanizado flexible de piezas metálicas con dimensiones de un máximo de 10 x 30 x 10 cm, de cualquier forma geométrica. Se realizará el diseño mecánico, eléctrico, electrónico

y de control de dicho sistema que cumpla con los requerimientos deseados.

Definición del problema: Hoy en día la empresa Herrajes y Acabados realiza sus procesos en tres talleres ubicados en

diferentes lugares cuya área total de trabajo es de . Se

pretende a mediano plazo reubicar la empresa en una superficie de

, en donde serán destinados para el proceso de

galvanizado. Actualmente, la empresa tiene una producción de 40 toneladas de piezas galvanizadas al mes, trabajando 10 horas al día, 6 días a la semana con 3 operarios. Se pretende aumentar la producción a 140 toneladas al mes, trabajando 8 horas al día, 5.5 días a la semana con 2 operarios. Esto con el objetivo de que el

operario solo trabaje las 8 horas de ley, realice menor esfuerzo, se disminuyan costos y aumente la producción y calidad del galvanizado. Además la empresa argumenta que si no aceptan más piezas para galvanizar en este momento es porque no cuentan con las condiciones necesarias para satisfacer al cliente debido a que los tiempos de entrega van de 3 a 5 días, y ellos trabajando a su máximo pueden galvanizar 2.5 toneladas por día trabajando 2 turnos de 8 horas con 3 operarios cada turno. Con lo cual aumentan

los costos de producción debido a que son necesarios 6 operarios y la empresa tienen que trabajar 16 horas al día, y en tres días solo pueden producir 7.5 toneladas cuando hay clientes que les ofrecen de 10 a 20 toneladas de piezas que necesitan en 3 días. Entonces si la empresa fuese capaz de galvanizar más piezas en menor tiempo sin aumentar las horas de trabajo ni el número de operarios, tendría la posibilidad de aceptar mayor demanda de trabajo por parte de sus clientes, aumentando la producción, las ganancias y ganando

mercado respecto a la competencia. Por tal motivo se estableció que el diseño de un sistema automatizado para llevar a cabo el proceso de galvanizado que cumpla con los requerimientos que el cliente establece es la solución más óptima al problema y simultáneamente a la necesidad específica de aumentar el número de piezas galvanizadas por la empresa.

Justificación: Al automatizar el proceso de galvanizado las empresas especializadas en el acabado de piezas se beneficiarán aumentando su producción y ganando terreno en este rubro. Además, de que se aportará nueva tecnología al mercado mexicano, y se disminuirán los factores afectados por este proceso, como el desperdicio de agua y el uso de energía eléctrica por largos periodos de tiempo.

2. Determinación de los requerimientos del cliente Se establecen los requerimientos de viva voz del cliente: -Fácil instalación. -El espesor del galvanizado no debe variar demasiado. -Flexibilidad para cambiar tiempos de inmersión de las piezas en la solución electrolítica, dependiendo del acabado que se desea dar. -La cantidad de piezas galvanizadas al mes debe ser 140 toneladas. -Refacciones de bajo costo.

-Galvanizar piezas metálicas de diferentes formas geométricas y con pequeñas dimensiones. -Las unidades de medida de la máquina estén dadas en el sistema internacional. -Optimizar los insumos para realizar el galvanizado. -El calor generado por la máquina y/o el proceso de galvanización sea disipado. -Facilidad de mantenimiento en general.




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-La altura de la máquina debe ser inferior a 4 m. -La longitud máxima del sistema deberá ser de 15 m. -El área donde sea ubicada la máquina debe ser de un máximo de 150 m2.

-Que la máquina tenga buen aspecto visual. -Interfaz máquina-usuario visual. -El sistema debe apegarse a las normas ambientales. -Costo total de la máquina sea menor a $200 000. -Tenga 4 botones de paro distribuidos en la máquina o área de trabajo. -Refacciones fáciles de conseguir.

CLASIFICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS La clasificación permite identificar los requerimientos deseables,

esto con la finalidad de determinar su importancia relativa y tomarlos en cuenta durante el diseño, esperando como resultado, un grado de satisfacción mayor en el cliente. A) Requerimientos funcionales.

A1.-La precisión del espesor del acabado deberá ser ±5micras.

A2.-Flexibilidad para cambiar tiempos de inmersión de las piezas en la

solución electrolítica dependiendo del acabado que se desea dar.

A3.- Galvanizar 140 ton de piezas al mes.

A4.- Galvanizar piezas metálicas de diferentes formas geométricas y

con dimensiones máximas de 10x30x10 cm.

A5.- Que pese las piezas galvanizadas (lotes de un máximo de 40 Kg).

A6.-Las unidades de medida de la máquina estén dadas en el sistema

internacional.

A7.-Optimizar los insumos para realizar el galvanizado.

A8.-Buena disipación de calor.

B) Requerimientos físicos.

B1.-La altura máxima del sistema deberá ser de 4m.

B2.-La longitud máxima del sistema deberá ser de 15m.

B3.- Cubrir un área de ubicación de todo el sistema no mayor a 150 m2.

B4.-Que el sistema sea estético.

B5.-Interfaz máquina-usuario visual.

B6.-Tenga 4 botones de paro, distribuidos en la máquina o área de

trabajo.

C) Requerimientos de instalación. C1.- Fácil instalación.

D) Requerimientos de mantenimiento. D1.- Fácil mantenimiento en general.

D2.-Bajo costo de mantenimiento.

D3.- Refacciones fáciles de conseguir.

D4.-Refacciones de bajo costo.

E) Requerimientos económicos.

E1.-Que sea de bajo costo ($200 000.00).

F) Requerimiento de adaptación.

F1.-El sistema debe apegarse a las normas ambientales.

CLASIFICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS EN

OBLIGATORIOS Y DESEABLES En la tabla 1 se muestra la clasificación de los requerimientos establecidos por el cliente en obligatorios y deseables, con el fin de

diseñar tomando en cuenta todos los requerimientos obligatorios y ver cuáles de los deseables se pueden establecer en el diseño.

Tabla 1.- Clasificación de los requerimientos en obligatorios y

deseables. REQUERIMIENTOS

OBLIGATORIOS DESEABLES

A1.- La precisión del espesor deberá ser de ±5

micras.

A6.-Las unidades de medida de la

máquina estén dadas en el sistema

internacional.

A2.- Flexibilidad para cambiar tiempos de

inmersión de las piezas en la solución electrolítica

dependiendo del acabado que se desea dar.

A7.- Optimizar los insumos para

realizar el galvanizado.

A3.- Galvanizar 140 ton de piezas al mes. A8.- Buena disipación de calor.

A4.-Galvanizar piezas metálicas de diferentes

formas geométricas y con dimensiones máximas de

10x30x10 cm.

B4.-Que el sistema sea estético.

A5.-Que pese las piezas galvanizadas (lotes de un

máximo de 40 Kg).

B5.- Interfaz máquina-usuario

visual.

B1.- La altura de la máquina debe ser inferior a 4

m. C1.- Fácil instalación.

B2.- La longitud máxima del sistema deberá ser de

15 m.

D1.- Facilidad de mantenimiento

en general.

B3.- Cubrir un área total del sistema no mayor a

150 m2.

D2.- Bajo costo de mantenimiento.

B6 .Tenga 4 botones de paro distribuidos en la

máquina o área de trabajo. D4.- Refacciones de bajo costo.

D3. Refacciones fáciles de conseguir.

E1. Costo total de la máquina sea menor a 150 000

pesos.

F1.- El sistema debe apegarse a las normas

ambientales.

PONDERACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS

DESEABLES Una vez identificados los requerimientos deseables se ponderan para saber su orden de importancia en el diseño y establecer cuales podrán ser incluidos en el diseño, lo ideal es que se pudieran incluir todos, pero esto dependerá de que no interfieran en el cumplimiento de los requerimientos obligatorios, como se muestra en la tabla 2.

Tabla 2.-Ponderación de los requerimientos deseables. A A

6

A

7

A

8

B

4

B

5

C

1

D

1

D

2

D

4

∑(

+)

Ir

(%)

Orden

de

importan

cia

A6 0 0 1 0 0 0 0 0 1 2.7 8

A7 1 1 1 1 1 1 1 1 8 22.2 1

A8 1 0 1 1 0 0 0 0 3 8.3 6

B4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9

B5 1 0 0 1 0 0 0 0 2 5.5 7

C1 1 0 1 1 1 1 1 1 7 19.4 2

D1 1 0 1 1 1 0 0 1 5 13.8 4

D2 1 0 1 1 1 0 1 1 6 16.6 3

D4 1 0 1 1 1 0 0 0 4 11.1 5

36 100

%

2

)1(

NNC Cantidad total de comparación. (1)

100*)(

CIr

Valor relativo del requerimiento. (2)




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Para obtener el cálculo se utilizan dos valores de comparación.

(1). Significa que el requerimiento de comparación es más importante que los demás. (0). Significa que el requerimiento de comparación no es más importante que los demás. Se procede a realizar la tabla 3, en la cual se colocan los

requerimientos deseables según el orden de importancia obtenido en la ponderación anterior.

Tabla 3.- Orden de importancia de los requerimientos

deseables.

TRADUCCIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS A

TÉRMINOS MENSURABLES DE INGENIERÍA Los requerimientos, se tienen que llevar a un nivel de traducción cuantificable, es decir, todos aquellos requerimientos hechos por el cliente hay que definirlos en términos mensurables de ingeniería,

de manera que se asociarán directamente con una unidad de medición; Aquellos que no puedan ser asociados directamente a una unidad de medición, lo harán con un significado explícito, donde se referirá a la actividad que ésta implica. En esta traducción todavía no se ponen cantidades a menos que desde un principio el cliente las haya dado, de lo contrario estas se establecerán en las metas de diseño como se muestra en la tabla 4.

METAS DE DISEÑO Una vez establecidos los términos mensurables de ingeniería, se establecen las metas de diseño en donde se establecen cantidades específicas que se pretenden lograr con el diseño.

Tolerancia de galvanizado de las piezas de ± 5 micras.

Ajuste de tiempos en el proceso electrolítico.

Galvanizar 140 ton de piezas al mes.

Volumen máximo de piezas de 3000 cm3.

Pesar las piezas a galvanizar (lotes de un máximo de 40 Kg).

Utilizar el sistema internacional de unidades.

Reducir el agua utilizada en un 20%, la energía eléctrica en un

10% y el desperdicio de las substancias usadas en un 5%.

Temperatura ambiental en el lugar donde está instalada la

máquina debe ser de 25- 35 ° C.

Altura máxima del sistema de 4m.

Longitud máxima del sistema de 15m.

Área total del sistema no mayor a 150 m2.

Que el sistema sea estético

La máquina debe tener una interfaz con el usuario mediante una

pantalla.

Existan 4 botones de paro en el sistema.

Sencillo de instalar.

Mantenimiento sencillo.

El costo total de la máquina debe ser de un máximo de $150

000.

La máquina debe de cumplir con las normas ambientales.

Costo de mantenimiento preventivo menor a $5000.

Que las refacciones se consigan en México.

Refacciones de bajo costo.

Tabla 4.- Términos mensurables de ingeniería.

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE TERMINOS MENSURABLESDE

INGENIERÍA

A1.- El espesor del galvanizado no debe variar

demasiado.

Tolerancia de recubrimiento sobre la pieza.

A2.- Flexibilidad para cambiar tiempos de inmersión

de las piezas en la solución electrolítica dependiendo

del acabado que se desea dar.

Ajuste de tiempos en el proceso

electrolítico.

A3.- La cantidad de piezas galvanizadas al mes debe

ser 140 toneladas.

Galvanizar 140 ton de piezas al mes.

A4.-Galvanizar piezas metálicas de diferentes formas geométricas y con pequeñas dimensiones.

Volumen máximo de piezas.

A5.- La máquina debe de galvanizar piezas por lotes

de liviano peso.

Pesar las piezas a galvanizar

A6.-Las unidades de medida de la máquina estén

dadas en el sistema internacional.

Utilizar el sistema internacional de

unidades.

A7.- Optimizar los insumos para realizar el

galvanizado.

Reducir el consumo de agua, energía

eléctrica y el desperdicio de las sustancias químicas utilizadas.

A8.- El calor generado por la máquina y/o el

proceso de galvanización sea disipado.

El lugar donde este el sistema debe estar a

temperatura ambiente.

B1.- La altura de la máquina debe ser inferior a 4 m.

Altura máxima del sistema de 4m.

B2.- La longitud máxima del sistema deberá ser de

15 m.

Longitud máxima del sistema de 15m.

B3.- El área donde sea ubicada la máquina debe ser de un máximo de 150 m2.

Área total del sistema no mayor a 150 m2.

B4. Que la máquina tenga buen aspecto visual

Que el sistema sea estético

B5.- Interfaz máquina-usuario visual.

La máquina debe tener una interfaz visual.

B6 .Tenga 4 botones de paro distribuidos en la

máquina o área de trabajo.

Existan 4 botones de paro en el sistema.

C1.- Fácil instalación.

Sencillo de instalar.

D1.- Facilidad de mantenimiento en general.

Mantenimiento sencillo.

D2.- Que el costo de mantenimiento sea barato

Bajo costo de mantenimiento preventivo.

D3. Refacciones fáciles de conseguir.

Refacciones fáciles de conseguir.

D4.- Refacciones baratas.

Refacciones de bajo costo.

E1. Costo total de la máquina sea menor a $150

000.

El costo total de la máquina inferior al que

pide el cliente

F1.- El sistema debe apegarse a las normas ambientales.

La máquina debe de cumplir con las normas ambientales.




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Figura 1. Despliegue de Funciones

Depositar

piezas

Galvanizar

piezas

metálicas de

un máximo de

30 x 10 x 10 cm

Pesar piezas

Contener piezas

Recubrir

piezas

Limpiar

piezas

Colocar contenedor1

en zona 1

Elevar

Desplazar

Bajar

Soltar

Sumergir contenedor1 en soluciones alcalinas

Detener

Colocar contenedor1

en zona 2

Elevar

Desplazar

Bajar

Soltar

Sumergir contenedor1 en ácido clorhídrico

Detener

Vaciar piezas del

contenedor1 Sacar piezas contenedor1

Soltar piezas en contenedor2

Preparar proceso de electrólisis Alimentar con corriente eléctrica

Controlar tiempo Delimitar tiempo de inmersión

Contabilizar los minutos

Comparar tiempos

Colocar contenedor2

en zona 3

Elevar

Desplazar

Bajar

Soltar

Sumergir contenedor2 en

electrolito

Detener

Secar piezas

Vaciar piezas

del

contenedor2

Soltar piezas en contenedor3

Colocar contenedor3

en zona 4

Elevar

Desplazar

Bajar

Soltar

Sumergir contenedor3 en tina centrífuga

Detener

Colocar contenedor3

en zona 5 (Almacén)

Elevar

Desplazar

Bajar

Soltar

Colocar piezas en el almacén

Detener

Almacenar piezas




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FUNCIÓN GLOBAL DE SERVICIO

La función global de servicio del sistema en el proceso de diseño,

describe el papel a desempeñar del mismo, la cual queda definida

de la siguiente manera:

Figura 2. Esquema funcional radial

FUNCIONES DE SERVICIO Son todas aquellas funciones que serán realizadas por la máquina o el sistema que se va a diseñar para dar solución a la necesidad planteada, y que pueden ser globales o de uso, las funciones para el presente proyecto se muestran en la tabla 5.

Tabla 5.- Funciones de servicio. Función Tipo de función

Pesar piezas. Función global

Suministrar piezas (llenar contenedores). Función global

Limpiar piezas. Función global

Recubrir piezas. Función global

Secar piezas. Función global

Tomar piezas. Función de uso

Pesar piezas. Función de uso

Sujetar/soltar contenedor. Función de uso

Elevar/bajar contenedor. Función de uso

Desplazar Contenedor Horizontalmente. Función de uso

Detener contenedor. Función de uso

Suministrar electrolito. Función de uso

Colocar cátodo (Zinc). Función de uso

ANÁLISIS FUNCIONAL

El análisis funcional detalla todas las funciones que el sistema o la

máquina a diseñar deberá realizar para cumplir con la función

principal, se desglosa en la función global, funciones primarias,

secundarias, terciarias, etc., hasta llegar a los “¿con que?” para dar

solución a cada función que se debe realizar para cumplir con el

objetivo deseado.

Se tiene como función global galvanizar piezas metálicas de un tamaño máximo de 30 x 10 x 10 cm, entre las funciones primarias que el sistema realizará está depositar, recubrir, secar y almacenar

las piezas a galvanizar. Cada una de estas funciones cumple con el propósito del galvanizado. Así como la función primaria cumple con la función global de igual forma se debe de hacer para cada una de las subfunciones que realizara el sistema hasta el punto de

llegar al ¿con que se llevara a cabo?, cada una de estas subfunciones. Para la función de depositar se debe de pesar y contener las piezas. Para la función recubrir se deben limpiar las piezas con soluciones y ácidos para remover sustancias que estén impregnadas en estas, posteriormente vaciarlas a un contenedor1 (que para este caso se le

denotara como contenedor uno o dos para no confundirse dado que en el proceso se hará uso de varios contenedores), preparar el proceso de electrólisis, es decir se le aplicara una corriente para que se lleve a cabo el proceso de electrodeposición, por lo cual hay que controlar el tiempo que tardara el proceso y finalmente hay que colocar al contenedor2 en la zona 3. Para la función de secar piezas primero se deben vaciar las piezas

del contenedor2 al contenedor3 y colocarlo en la zona4 donde se encuentra la secadora (tina centrifuga que quitara los líquidos excedentes de las piezas). Para concluir con el proceso de galvanizado se colocan las piezas en el almacén, para este caso el contenedor3 se posicionara en la zona 5.

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DE CONCEPTOS Una vez establecido el análisis funcional se proponen soluciones para resolver cada función, esto mediante una tormenta de ideas y así se generan los conceptos que darán forma al sistema o máquina a diseñar, los conceptos para este proyecto se muestran en la tabla

6.

Tabla 6.- Generación de conceptos.

FUNCIONES A B C D E

Suministrar

piezas

Cuchara Dispens

ador

Electroimán Banda

transportadora

Pesar piezas Dinamó

metro

Bascula

electrón

ica

Por volumen

ocupado de

piezas

Desplazamiento

de volumen de

agua

Sujetar/soltar

contenedor Gancho

Spread

ers Twist Lock Gripper

Elevar/bajar

contenedor

Cadenas

(Catarin

as)

Tornillo

Sinfín

Cables

(poleas) Cables (poleas) Grúa

Desplazar

Contenedor

Horizontalmente

Cadenas

(Catarin

as)

Bandas

(poleas)

Tornillo Sin

fin Riel

Engrane

-

cremalle

ra

Detener

contenedor

Rodillo

abatible

Sensor

capaciti

vo

Sensor réflex Determinación

por tiempos

Interrupt

or de

límite

Suministrar

electrolito

Electrov

álvula Bomba

Válvula

dosificadora

Secar piezas Horno

eléctrico

Aire

Caliente Ventilador Tina centrifuga




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El resultado de ideas generadas es un total de combinaciones correspondientes: C= 4 x 4 x 4 x 5 x 5 x 5 x 3 x 4 = 96 000

Evaluación de conceptos: Los conceptos obtenidos se pasan por filtros para descartar los que no sean viables para el diseño y así obtener la solución optima que resuelva la necesidad planteada, los filtros son de factibilidad, disponibilidad tecnológica, en base a los requerimientos del cliente y a través de matrices de decisión.

Primer filtro. Evaluación por factibilidad. FUNCIONES A B C D E

1.-Suministrar piezas

(Llenar contenedores).

X X - X

2.-Pesar piezas. X - X X

3. Sujetar/soltar contenedor X X X X

4. Elevar/bajar contenedor. X X X X X

5. Desplazar contenedor. X X X X -

6. Detener contenedor. X X X X X

7. Suministrar electrolito. X X X

8. Secar piezas X X X X

¿FACTIBLE? SI NO NO SI NO

Soluciones eliminadas 2: Electroimán, báscula electrónica y

engrane-cremallera. El resultado de ideas generadas después del primer filtro queda en un total de combinaciones correspondientes: C= 3 x 3 x 4 x 5 x 4 x 5 x 3 x 4 = 43 200

Segundo filtro. Evaluación por disponibilidad tecnológica. FUNCIONES A B C D E



X - - X

2.-Pesar piezas. X - X X


4. Elevar/bajar contenedor. X X X X X



7. Suministrar electrolito. X X X

8. Secar piezas X X X X

¿DISPONIBILIDAD? SI NO NO SI NO

Solución eliminada: dispensador. El resultado de ideas generadas después del segundo filtro queda en un total de combinaciones correspondientes:

C= 2 x 3 x 4 x 5 x 4 x 5 x 3 x 4 = 28 800

Tercer filtro. Evaluación basada en los requerimientos del

cliente. FUNCIONES A B C D E



X - - X

2.-Pesar piezas. X - X -


4. Elevar/bajar contenedor. X X X - X



7. Suministrar electrolito. X - X

8. Secar piezas - X X X

¿VIABLE? NO NO NO NO NO

Solución eliminada: Horno eléctrico y bomba. El resultado de ideas generadas después del tercer filtro queda en un total de combinaciones correspondientes: C= 2 x 2 x 4 x 4 x 4 x 5 x 2 x 3 = 7680

Los conceptos que cumplen pasan a la siguiente evaluación y los que no, son desechados o bien mejorados (en este caso se combinaron los conceptos positivos de AB, BC, AC y AD). Cabe mencionar que al combinar los conceptos por ejemplo AB se puede tomar cualquiera de las soluciones ya sea la del concepto A o la de B, esto será decidido en base a los criterios de evaluación establecidos.

En esta última evaluación (cuarto filtro) se comparan los conceptos respecto al set point (AB), para determinar cuál es el mejor concepto.

Cuarto filtro. Evaluación basada en matrices de decisión. REQUERIMIENTO

DESEABLE

CONCEPTOS

CALIFICACION

RELATIVA

AB BC AC AD CRITERIO DE

EVALUACIÓN

A7. Optimizar los

insumos para realizar

el galvanizado.

22.22

* + + + Reducir el

consumo de

agua, energía eléctrica y el

desperdicio de las

substancias

químicas utilizadas.

C1. Fácil instalación.

19.44

* - 0 + No requerir

varias personas

para su

instalación.

D2. Bajo costo de

mantenimiento. 16.66

* - - + Bajo costo de

mantenimiento

preventivo.

D1. Facilidad de

mantenimiento en general.

13.88

* - - + Poco tiempo para

realizar el mantenimiento.

D4. Refacciones de

bajo costo. 11.11

* - + + Refacciones

comerciales.

A8. Buena disipación de calor.

8.33

* 0 + + El lugar donde este el sistema

debe estar a

temperatura

ambiente.

B5. Interfaz máquina-usuario visual. 5.55

* + + + La máquina debe tener una interfaz

visual.

A6.Las unidades de

medida estén dadas en Sistema

Internacional.

2.77

* + + + Utilizar el

sistema internacional de

unidades.

∑ + 0 3 5 8

∑ - 0 4 2 0

Diferencia 0 -1 3 8

Peso total

0 -

30.5

19.6 100

Mejor concepto

(Ranking)

3 4 2 1




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CONCEPTO GANADOR

FUNCIONES Concepto ganador AD

1.-Llenar recipientes. Banda transportadora.

2.-Pesar piezas. Dinamómetro.

3. Sujetar/soltar contenedor Gripper.

4. Elevar/bajar contenedor. Cables (poleas).

5. Desplazar contenedor. Riel.

6. Detener contenedor. Determinación por tiempos.

7. Suministrar electrolito. Válvula dosificadora.

8. Secar piezas Tina centrifuga.

Después de realizar los filtros se obtiene un concepto ganador, que en este caso es la combinación de los conceptos AD, al combinar estos dos se obtuvieron dos soluciones adecuadas, de las cuales se opto por una basándose en el costo y facilidad de construcción.

El concepto generado está conformado por una tolva la cual suministra las piezas a una banda transportadora que las dirige hacia las cubetas correspondientes (véase figura 3), después un manipulador montado sobre un riel toma la cubeta y la desplaza vertical u horizontalmente según los pasos (desengrase, decapado, enjuague) del proceso de galvanizado de piezas metálicas (véase figura 4), una vez concluidos los pasos del pretratamiento se procede a la inmersión de las piezas en el electrolito para el

galvanizado (véase figuras 6 y 7), para lo cual es necesario cambiar las piezas de la cubeta a otro contenedor (barril), esto mediante otro manipulador (véase figura 5); una vez terminado este proceso, las piezas se colocan nuevamente en una cubeta para pasar por los siguientes pasos (enjuague, fluxado, enjuague, secado), en esta etapa el sistema que manipula la cubeta a lo largo del proceso es igual que el primero.

FIGURAS DEL CONCEPTO GANADOR

Figura 3.-Tolva, banda transportadora y cubeta.

Figura 4.- Manipulador montado sobre un riel.

Figura 5.- Manipulador para cambiar las piezas a galvanizar

de un contenedor a otro.




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Figura 6.- Manipulador montado sobre un riel aéreo que

moverá al barril.

Figura 7.- Barril sumergido en la solución electrolítica.

CONCLUSIONES En el presente trabajo se desarrolló la metodología QFD, con el objetivo de obtener un diseño conceptual que cumpla con todos los requerimientos obligatorios del cliente y la mayoría de los deseables. Esta metodología conlleva identificar la necesidad del cliente y sus requerimientos. Después, se clasifican los

requerimientos en obligatorios y deseables, luego se procede a la traducción de los requerimientos a términos mensurables de ingeniería a fin de establecer metas de diseño, generar y evaluar conceptos adecuados para resolver la necesidad, esto a través de filtros de factibilidad, disponibilidad tecnológica, las necesidades del cliente y matrices de decisión, culminando con la determinación del concepto ganador, el cual debe dar solución a la necesidad planteada desde un principio, en este caso el aumento en

el número de piezas metálicas galvanizadas con la calidad requerida.

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA [1] ATEG (2010) “Procedimientos de galvanización” en Asociación técnica española de galvanización. [En línea]. España, disponible en: http://www.ateg.es/ [Accesado el día 09 de febrero del 2010] [2] RECUBRIMIENTOS METÁLICOS DE MÉXICO S.A. de C.V., (2009) “recubrimientos” en: Recubrimientos metálicos. [En

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[4] Proceso productivo, Recubrimientos electrolíticos. [En línea]. http://www.istas.net/fittema/att/li4.htm, [Accesado el 31 de mayo del 2010]. [5]Asociación Latinoamericana de Zinc LATIZA, (2004), “Procedimientos y Propiedades de la galvanización en Promozinc – Promoviendo el consumo de zinc en Latinoamérica. Número 18, Julio 2004, pp. 1-5. Disponible en:

http://www.latiza.com/pdfs/No.18%20ESP.pdf [Accesado el día 31 de mayo del 2010] [6] AGA (2009). „‟American Galvanizers Association‟‟ en AGA [En línea].Estados Unidos, disponible en: http://www.galvanizeit.org/aga/inspection-course/galvanizing-process [Accesado el día 31 de mayo del 2010].

[7] Asociación Latinoamericana de QFD (QFDLAT), 2010. [En línea]. México, disponible en: http://www.qfdlat.com/_Que_es_el_QFD_/_que_es_el_qfd_.html [Accesado el día 31 de mayo del 2010]. [8] González M., (2000), QFD, La Función de la calidad, Una guía práctica para escuchar la voz del cliente. Mc. Graw Hill. México

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http://www.qfdlat.com/_Que_es_el_QFD_/_que_es_el_qfd_.html




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INFORMACIÓN ACADÉMICA Bahena Gómez Alberto Alonso Alumno de la carrera de Ing. Robótica Industrial en la ESIME-UPA del Instituto Politécnico Nacional.

Hernández Lara Derlis Alumno de la carrera de Ing. Robótica Industrial en la ESIME-UPA del Instituto Politécnico Nacional. Jiménez Hernández Raúl. Alumno de la carrera de Ing. Robótica Industrial en la ESIME UPA del Instituto Politécnico Nacional. Dr. Ricardo Gustavo Rodríguez Cañizo. Ing. Mecánico y M.

en C. Ingeniería Mecánica con especialización en Biomecánica, por parte de la SEPI ESIME Zacatenco, Doctor en Ciencias en Ingeniería Mecánica, Biomecánica, miembro del sistema nacional de investigadores, Coordinador del Proyecto SEP/CONACYT2005-49701 Dr. Luis Armando Flores Herrera Ing. en Robótica Industrial egresado de la ESIME UPA y M. en C. con especialidad en

Diseño Mecánico, y doctorado en ciencias con la especialidad en Diseño Mecánico.

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DISEÑO CONCEPTUAL DEL PROYECTO "AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE GALVANIZADO"