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DISEÑO DE EQUIPO PARA PLISADO DE MALLA Y ELEMENTOS FILTRANTES PARA FABRICACIÓN DE FILTROS DE AIRE TIPO PANEL

DENTRO DE LA EMPRESA NOVATEXFIL S.A

JONATHAN VICTORIA DÍAZ CÓDIGO 2086556

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA

PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA SANTIAGO DE CALI

2019

DISEÑO DE EQUIPO PARA PLISADO DE MALLA Y ELEMENTOS FILTRANTES USADOS EN LA FABRICACIÓN DE FILTROS DE AIRE TIPO

PANEL DENTRO DE LA EMPRESA NOVATEXFIL S.A

JONATHAN VICTORIA DÍAZ

Pasantía institucional para optar al título de Ingeniero Mecatrónico

Director NOYLAN FORERO POLO Ingeniero mecánico, Mgs

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2019

3

Nota de aceptación:

Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico ALVARO JOSE ROJAS Jurado DIEGO FERNANDO ALMARIO

Jurado

Santiago de Cali, 21 de octubre de 2019

4

CONTENIDO pág.

RESUMEN 15

INTRODUCCIÓN 17

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19

2. JUSTIFICACIÓN 20

3. OBJETIVOS 22

3.1 OBJETIVO GENERAL 22

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 22

4. ANTECEDENTES 23

5. MARCO TEÓRICO 26

5.1 FILTRACIÓN INDUSTRIAL 26

5.2 SISTEMA ELECTRÓNICO 27

5.3 ACTUADORES 27

5.4 INSTRUMENTACIÓN 28

5.5 GENERALIDADES DE CONTROL 28

5.6 AUTOMATIZACIÓN 28

6. PLANTEAMIENTO DE LA MISION 30

7. ANALISIS DEL PROCESO PRODUCTIVO 31

7.1 DIAGRAMA DE OPERACIONES DE PROCESO 31

5

7.2 DIAGRAMA DE ANÁLISIS DEL PROCESO 32

7.3 MATERIAS PRIMAS 33

8. IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES Y ESPECIFICACIONES OBJETIVO 34

8.1 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES 34

8.2 LISTA DE MÉTRICAS 37

8.3 CASA DE LA CALIDAD QFD 37

9. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 39

9.1 DESCOMPOSICION FUNCIONAL 39

9.1.1 Ruta crítica de funciones 41

9.2 BÚSQUEDA INTERNA 42

9.2.1 Sistema de alimentación 42

9.2.2 Sistema de plisado 44

9.2.3 Sistema de corte 47

9.2.4 Interfaz usuario máquina 50

9.2.5 Control 51

9.3 COMBINACIÓN DE CONCEPTOS 53

9.3.1 Concepto A 53

9.3.2 Concepto B 54

9.3.3 Concepto C 55

9.3.4 Concepto D 55

9.3.5 Concepto E 56

9.3.6 Concepto F 57

6

10. SELECCIÓN DE CONCEPTO 58

11. DISEÑO DETALLADO 62

11.1 DISEÑO DETALLADO DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN 63

11.2 DISEÑO DETALLADO DEL SISTEMA DE PLISADO 71

11.3 SISTEMA DE CORTE 78

11.4 ESTRUCTURA 81

11.4.1 Estructura principal 81

11.4.2 Estructura del sistema de alimentación 83

11.4.3 Estructura de salida al final de la línea de producción 84

11.5 SISTEMA ELECTRO NEUMÁTICO 85

11.6 SISTEMA DE CONTROL 89

11.6.1 Protocolo principal 95

11.6.2 Protocolo de modo manual 97

11.6.3 Protocolo parada de emergencia 98

11.6.4 Protocolo de detección de fallas 99

11.7 INTERFAZ USUARIO – MÁQUINA 100

12. VALIDACIÓN 106

12.1 SIMULACIÓN DEL SISTEMA ELECTRO-NEUMÁTICO 106

12.2 SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL 107

12.3 PRUEBAS DE TIEMPO DE PRODUCCIÓN 108

12.3.1 Resultados 109

13. ANÁLISIS FINANCIERO 110

13.1 COSTOS DE MONTAJE 110

7

13.2 COSTOS DE PRODUCCIÓN 112

13.3 FLUJO DE FONDOS 113

13.3.1 Valor presente neto 113

13.3.2 Tasa interna de retorno 114

14. CONCLUSIONES 115

REFERENCIAS 117

ANEXOS 119

8

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1. Proceso actual de manufactura en Novatexfil S.A. 23

Fig. 2. Máquina de plegado de filtros por cuchillas marca AQX [5]. 24

Fig. 3. Máquina de plegado multicapa [6] 24

Fig. 4. Dispositivo de arrastre y combinación de materiales textiles [7]. 24

Fig. 5. Dispositivo de corte [8]. 25

Fig. 6. Filtros tipo panel [10]. 26

Fig. 7. Ejemplo de GRAFSET [15]. 29

Fig. 8. Diagrama de operaciones del proceso. 31

Fig. 9. Diagrama de análisis del proceso. 32

Fig. 10. Casa de la calidad QFD. 38

Fig. 11. Diagrama de caja negra. 40

Fig. 12. Diagrama de caja gris. 41

Fig. 13. Ruta crítica de funciones. 42

Fig. 14. Árbol de clasificación del sistema de alimentación. 43

Fig. 15. Árbol de clasificación del sistema de plisado. 45

Fig. 16. Sistema de plisado: opción eléctrico rodillos. 46

Fig. 17. Sistema de plisado: opción eléctrico mecanismo biela- palanca-cuchillas. 46

Fig. 18. Sistema de plisado: opción pistones cuchillas. 47

Fig. 19. Árbol de clasificación del sistema de corte. 48

Fig. 20. Sistema de corte: opción fijo pistones cizalla. 49

9

Fig. 21. Sistema de corte: opción CNC tornillo sin fin pistones cizalla. 49

Fig. 22. Sistema de corte: opción CNC tornillo sin fin disco. 50

Fig. 23. Árbol de clasificación de la interfaz usuario máquina. 51

Fig. 24. Árbol de clasificación del sistema de control. 52

Fig. 25. Configuración concepto A. 53

Fig. 26. Configuración concepto B. 54

Fig. 27. Configuración concepto C. 55

Fig. 28. Configuración concepto D. 55

Fig. 29. Configuración concepto E. 56

Fig. 30. Configuración concepto F. 57

Fig. 31. Vista completa de la máquina. 62

Fig. 32. Cambio en la composición del filtro de eficiencia del 65%. 63

Fig. 33. Modelo 3D del sistema de alimentación. 64

Fig. 34. Recorrido de las materias primar a través de los rodillos guía. 65

Fig. 35. Rodillos locos con recubrimiento en caucho. 65

Fig. 36. Prueba de resistencia a tracción de la muestra del conjunto de materias primas. 66

Fig. 37. Gráfica de fuerza vs. desplazamiento de la prueba de resistencia a tracción. 67

Fig. 38. Modelo 3D de frenos magnéticos en ejes. 69

Fig. 39. Diagrama de cuerpo libre del eje para rollos de materia prima. 70

Fig. 40. Modelo 3D de rodamientos. 71

Fig. 41. Muestras usadas para ensayos de resistencia a compresión. 71

10

Fig. 42. Fotografías de ensayo de resistencia a compresión. 73

Fig. 43. Gráficas desplazamiento vs fuerza de los resultados de los ensayos de resistencia a compresión. 74

Fig. 44. Secuencia de movimiento de las cuchillas del sistema de plisado para generar pliegues. 75

Fig. 45. Diagrama de cuerpo libre de cuchilla inferior del sistema del plisado. 76

Fig. 46. Modelo 3D sistema de plisado. 78

Fig. 47. Modelo 3D sistema de corte. 79

Fig. 48. Modelo 3D sistema de centrado de corte. 80

Fig. 49. Modelo 3D estructura principal. 82

Fig. 50. Modelo 3D estructura interna. 82

Fig. 51. Modelo 3D estructura sistema de alimentación. 83

Fig. 52. Modelo 3D estructura de salida al final de la línea de producción. 84

Fig. 53. Ubicación de sensores. 85

Fig. 54. Distribución de válvulas y actuadores. 86

Fig. 55. Diagrama estado-tiempo de las funciones de la máquina. 94

Fig. 56. Grafset protocolo principal, parte 1. 95



Fig. 59. Grafset protocolo modo manual. 98

Fig. 60. Grafset protocolo parada de emergencia. 99

Fig. 61. Grafset protocolo de detección de fallas. 100

Fig. 62. Interfaz usuario-máquina. 100

Fig. 63. Diagrama de flujo inicio de máquina. 102

11

Fig. 64. Diagrama de flujo enhebrado de materias primas. 103

Fig. 65. Diagrama de flujo producción 104

Fig. 66. Diagrama de flujo parada de emergencia. 105

Fig. 67. Puertos de entrada y salida del PLC virtual. 107

Fig. 68. Lista de contadores. 107

Fig. 69. Ejemplo representación de contador dentro del código. 108

12

LISTA DE TABLAS pág.

TABLA I 35

TABLA II 36

TABLA III 37

TABLA IV 58

TABLA V 59

TABLA VI 59

TABLA VII 60

TABLA VIII 72

TABLA IX 90

TABLA X 92

TABLA XI 93

TABLA XII 101

TABLA XIII 109

TABLA XIV 110

TABLA XV 111

TABLA XVI 112

TABLA XVII 112

TABLA XVIII 113

13

LISTA DE ANEXOS pág.

Anexo A. Plano de estructura de plisado y corte. 119

Anexo B. Plano estructura interna de corte y plisado. 120

Anexo C. Plano estructura interna vista lateral. 121

Anexo D. Plano estructura interna vista superior 122

Anexo E. Plan estructura de salida de producto. 123

Anexo F. Plano estructura salida de producto vistas. 124

Anexo G. Plano rodillo salida de producto. 125

Anexo H. Plano sistema de alimentación. 126

Anexo I. Plano estructura sistema de alimentación. 127

Anexo J. Vista explosionada sistema de plisado. 128

Anexo K. Vista explosionada sistema de corte. 129

Anexo L. Plano electro neumático fuente de poder. 130

Anexo M. Plano electro neumático PLC. 131

Anexo N. Plano electro neumático otras entradas PLC. 132

Anexo O. Plano electro neumático módulo 1 entradas y salidas. 133

Anexo P. Plano electro neumático módulo 2 entradas y salidas. 134

Anexo Q. Plano electro neumático módulo 3 entradas y salidas. 135

Anexo R. Plano electro neumático electro válvulas. 136

Anexo S. Plano electro neumático actuadores. 137

Anexo T. Código ladder 138

Anexo U. Cotizaciones 180

Anexo V. Ficha técnica guata Coltejer 184

14

Anexo W. Flujo de fondos 185

Anexo X. Código TIA Portal (archivo adjunto) Anexo Y. Simulación electro neumática Fluidsim (archivo adjunto)

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RESUMEN

El proyecto desarrollado a continuación contiene los aspectos relevantes de diseño que permitieron ofrecer una solución a los problemas encontrados dentro de la línea de producción de filtros tipo panel de la empresa Novatexfil S.A., en cumplimiento de la pasantía institucional para optar el título de ingeniero mecatrónico de la Universidad Autónoma de Occidente.

El propósito de este diseño es, en primer lugar, el aumento del volumen de producción de filtros tipo panel y en segundo lugar la disminución de las acciones y esfuerzo físico dentro del procedimiento, reduciendo los riesgos y peligros del personal operativo. Para lograrlo se emplearon métodos estructurados con el fin de demostrar la toma de decisiones durante el proceso, llevar un debido orden de las acciones por realizar y lograr una documentación adecuada que sirva como base para realizar mejoras o cambios futuros.

Inicialmente se realizó una investigación del problema por medio de la observación del proceso a automatizar y de la información obtenida del personal directamente relacionado con este, con lo cual se identificaron las necesidades y requerimientos de la compañía para el diseño de la máquina. Consecuentemente se plantearon una serie de conceptos que permitían suplir dichas necesidades, los cuales fueron evaluados por medio de un proceso de tamizaje basado en el grado de cumplimiento de los requerimientos, obteniendo como resultado la mejor propuesta a la que se le realizó un diseño detallado de los sistemas eléctricos, mecánicos, de seguridad y de control.

A continuación, se obtuvieron pruebas y simulaciones realizadas por medio de software específico según el sistema evaluado (mecánico, eléctrico, control), que permitieron evidenciar el debido funcionamiento de todos los sistemas diseñados. Obteniendo planos mecánicos, eléctricos y de control que serán presentados a lo largo de este documento.

Por último se emplearon métodos de evaluación de proyectos que permitieron definir la viabilidad financiera del proyecto dentro de la empresa y como esto afectaría su flujo de fondos, con lo que se lograron evidenciar los beneficios que se alcanzarían mediante la implementación del mismo.

Palabras clave: aumento en volúmenes de producción, sistema automático, esfuerzo físico, repetición de procedimientos, sistema de control, sistema electrónico.

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ABSTRACT

The project developed below contains the relevant design aspects that allowed to offer a solution to the problems found within the panel type filter production line of the company Novatexfil S.A., in compliance with the institutional internship to opt for the title of mechatronic engineer of the Universidad Autónoma de Occidente.

The purpose of this design is, firstly, to increase the volume of production of panel type filters and secondly to reduce the actions and physical effort within the procedure, reducing the risks and dangers of operating personnel. To achieve this, structured methods were used in order to demonstrate decision-making during the process, to keep a proper order of the actions being carried out and to obtain adequate documentation that serves as the basis for future improvements or changes.

Initially an investigation of the problem was carried out by observing the process to be automated and the information obtained from personnel directly related to it, which identified the needs and requirements of the company for the design of the machine. Consequently, a series of concepts that allowed to meet these needs were proposed, and then were evaluated by a screening process based on the degree of compliance with the requirements, obtaining as a result the best proposal to which a detailed design of electrical, mechanical, safety and control systems was made.

Next, tests and simulations were obtained using specific software according to the system evaluated (mechanical, electrical, control), which allowed to demonstrate the proper functioning of all the systems designed. Obtaining mechanical, electrical and control drawings that will be presented throughout this document.

Finally, project evaluation methods were used to define the financial viability of the project within the company and how this would affect its flow of funds, thereby demonstrating the benefits that would be achieved through its implementation.

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INTRODUCCIÓN

El proceso de filtración y tratamiento de aire ambiental para espacios cerrados en aplicaciones humanas está sujeto a la norma ISO 14644-1:2015 [1], la cual especifica clases de limpieza en el aire, en términos de la cantidad de partículas expresadas como una concentración en el volumen de aire. En el campo de la ventilación filtrada se utilizan las especificaciones fijadas en Colombia por ACAIRE (Asociación Colombiana de Acondicionamiento del Aire y de la Refrigeración) e internacionalmente por ANSI/ASHRAE 52.2 (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) [2], donde se clasifica la eficiencia de filtros según la cantidad y tamaño de partículas retenidas variando entre 0.3-10µm. Dicha clasificación es representada por el “valor de eficiencia mínima reportado” por sus siglas en ingles MERV (minimun efficiency reporting value), de las cuales, la empresa NOVATEXFIL S.A fabrica MERV 8 a MERV 10, intervalo correspondiente a eficiencias de filtrado del 35% al 65%.

Los sistemas de filtrado de aire se utilizan para controlar la contaminación del aire de un lugar específico. Este requerimiento puede variar dependiendo de la aplicación ya que el control de la contaminación puede ser beneficioso para la protección de la integridad de productos, máquinas y/o procesos en aplicaciones en diferentes industrias. Según un informe entregado por la empresa Enersinc [3], contratada por el Departamento Nacional de Planeación para caracterizar la demanda energética del país, el sector industrial de Colombia es responsable del 25% del consumo energético nacional, y de este el 8% se emplea en sistemas de refrigeración y aires acondicionados. Esto refleja la gran demanda existente de este tipo de productos en el país.

En Colombia el campo del suministro y comercialización de filtros tipo panel con eficiencias de MERV 8 a 10 se encuentra en una etapa intermedia. Esto quiere decir que la gran mayoría de productos son importados y solo un pequeño porcentaje son manufacturados dentro del país, pero con una calidad inferior. Esto se debe a la falta de implementación de tecnología dentro de estos procesos productivos. Sin embargo la empresa NOVATEXFIL S.A, ubicada en Cali, se ha especializado en la fabricación manual de filtros para aire ambiental, utilizando elementos filtrantes textiles y soportes de malla electrosoldada, que se instalan en marcos de lámina galvanizada con diferentes áreas y porcentajes de retención de partículas.

Este producto ha recibido una acogida industrial tal, que permite tomar una prospectiva de crecimiento a nivel operativo de tipo tecnológico, que reemplace la limitada actividad actual. Para tal efecto, la empresa ha definido la necesidad de diseñar un equipo que cumpla el proceso de combinar las capas de materias primas necesarias según la eficiencia del filtro, realizar el plisado del conjunto y por último

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efectuar el dimensionamiento y corte del mismo, a una rata de 20 conjuntos/hora. Con el presente proyecto de diseño se aportará nueva tecnología a la empresa para posicionarla en un mejor nivel de competitividad ante el mercado y con la estructura necesaria para incrementar su portafolio de productos.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Ya sea para crear ambientes de trabajo más limpios o para la protección humana, en el sector industrial colombiano está presente la necesidad de filtrado de aire para los sistemas de ventilación, compresión y para unidades de aire acondicionado; se encuentra reglamentado bajo estándares de la norma ISO 8573-1:2010 [4] en la cual se remarca la importancia de manejar aire con la menor contaminación posible, para evitar desgaste en equipos, polución en zonas de trabajo, daño en instrumentación y contaminación de productos. Para cubrir la demanda, la empresa NOVATEXFIL S.A ha realizado el proceso productivo manualmente a cargo de un operario experto que emplea fuerza física y por lo tanto, genera productos a ritmo decreciente (3 a 5 conjuntos / hora), lo cual a su vez provoca problemas de calidad con respecto a las dimensiones y compactación del material filtrante. Esto se traduce en la obtención de un número irregular de pliegues y variación del ancho y alto del producto final, situación que lleva a que se presenten devoluciones por parte de los clientes debido a la falta de estandarización en un porcentaje promedio del 5%. Con el anterior escenario operativo y la amplia oferta en el mercado de competidores nacionales e internacionales, la subsistencia y crecimiento de esta línea de producto depende entonces de su tecnificación inmediata, logro que se ha propuesto obtener la empresa por medio del presente proyecto. Para superar el panorama indicado se plantea el siguiente cuestionamiento: ¿Cuál es la alternativa de diseño más eficaz para integrar la producción de tres referencias de filtros para aire con eficiencia de 35%, 45% y 65%, y dimensiones estandarizadas en altos y anchos de 600mm, 500mm y 300mm, a una rata de 20 conjuntos/hora?

20

2. JUSTIFICACIÓN

Siendo un proceso estratificado luego de 25 años, se evidencia la necesidad de superar el escenario de esta línea productiva artesanal de muy baja eficiencia; se menciona como referente el caso del año 2017, donde se fabricaron 3000 unidades de filtros tipo panel, con las que se cubrieron pedidos realizados por 4 clientes, localizando inconformidades en el producto, llevando a recibir devoluciones y realización de reprocesos debido a la falta de estandarización, tiempos de entrega y precios competitivos. Se plantea una base conceptual general para justificar la implementación del proyecto basándose en los datos de costos de producción actuales en los cuales el 57% corresponde a la materia prima y el 43% a la mano de obra, adicionalmente se considera un 5 % (del costo de materia prima) en desperdicio de materia prima. Con base en estas variables se pretende disminuir en un 50% el costo de la mano de obra y reducir al 2% el costo de las pérdidas de materias primas dentro del proceso. En el mercado es posible obtener equipos para manufacturar filtros en China, con especificaciones similares, a un costo aproximado de COP $70’000.000, realizando la importación necesaria. En un análisis preliminar asumiendo la construcción de la máquina se presupuesta un costo de COP $35.000.000. El dispositivo diseñado tendrá una rata de producción de conjuntos listos para ser ensamblados de 20 por hora, lo cual teniendo en cuenta las jornadas laborales y en términos de producto terminado se estiman 100 unidades diarias, pretendiendo alcanzar cifras de producción anuales estimadas de 24.000 unidades. Por lo tanto, se propone un plan de acción que consta de dos etapas. Etapa 1: Mantener los volúmenes de venta existentes y ampliar la oferta del producto a toda la agenda actual de clientes con la que cuenta NOVATEXFIL S.A.

De acuerdo con la demanda estimada de 9.000 unidades de filtros tipo panel de eficiencias de 35% y 65% al año, proveniente de 30 empresas del sector industrial del Valle del Cauca en las cuales la compañía se encuentra inscrita, según los datos del 2017, se estaría cubriendo un 37.5% de la producción anual, lo cual implica el compromiso de fabricar como mínimo una rata de 38 filtros/día. Permitiendo elevar el volumen de producción en un 300%. Etapa 2: Expandir el mercado de la empresa a nivel nacional

21

Con respecto a los volúmenes de producción totales que se pueden alcanzar la empresa contaría con 62.5% equivalente a 15.000 unidades de producto terminado brindándole la oportunidad de expandir su mercado a nivel nacional, con la posibilidad de ofrecer un producto con precio, calidad y tiempo de entrega competitivos.

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3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar un equipo que permita dosificar y cortar secciones de material filtrante textil, así como de alambre galvanizado, para plisar el conjunto según la especificación de tres tipos de filtro de aire a una rata de 20 conjuntos/hora, para la empresa NOVATEXFIL S.A.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Diseño de planos electromecánicos y de control del dispositivo.

Modelar los sistemas y subconjuntos de la máquina por medio de software CAD.

Simular los sistemas mecánicos, eléctricos y de control del dispositivo.

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4. ANTECEDENTES

Actualmente, para la fabricación de filtros de aire en la empresa, un operario corta los fieltros y alambres en las dimensiones según las especificaciones del filtro, realiza un conjunto de capas de estas materias primas y por último ondula el conjunto manualmente.

Fig. 1. Proceso actual de manufactura en Novatexfil S.A. (a) Corte de fieltros y

alambres según especificaciones. (b) Conjunto de capas de materias primas. (c) Ondulado del material.

La investigación sobre sistemas automáticos de corte y plisado existentes en la actualidad, permitió identificar las siguientes alternativas:

Máquina de plegado de filtro por cuchillas

Este mecanismo es parte de una patente de una de las compañías más grandes a nivel mundial en fabricación de filtros. Se evidencia que a pesar de ser una patente publicada en el año 1978, el principio utilizado en los dispositivos para pliegue de elementos multicapa para la fabricación de filtros tipo panel sigue siendo el mismo. El dispositivo funciona por medio de dos cuchillas sin filo que realizan movimientos que permiten el plisado del elemento filtrante. El diseño considera que la cuchilla superior inicia un movimiento vertical que deforma el material para posteriormente realizar un arrastre de nuevo material y repetir el procedimiento.

(A) (C) (B)

24

Fig. 2. Máquina de plegado de filtros por cuchillas marca AQX [5].

Fig. 3. Máquina de plegado multicapa [6]

Máquina extendedora de tejidos

La empresa LIDEM, con experiencia de 25 años en el sector textil, utiliza un sistema donde se reúnen varias bobinas de materia prima que desenrollan controladamente con motores y posteriormente tensionan, para luego extenderlas para ser cortadas por sistemas complementarios.

Fig. 4. Dispositivo de arrastre y combinación de materiales textiles [7].

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Dispositivos de corte

Compañías que fabrican maquinaria para el corte longitudinal de mallas, como KIESELSTEN, usan un dispositivo con rodillos y discos estáticos que presionan el material, logrando realizar cortes entre 0.04 milímetros y 1.6 milímetros de espesor.

Fig. 5. Dispositivo de corte [8].

Estos referentes y la experiencia local del proceso, son considerados para el diseño del equipo, objeto de la presente investigación, con el correspondiente aporte del autor para la aplicación de la metodología adecuada, que representa la total especificación de los componentes y la confirmación de su capacidad operativa por medio de las simulaciones del caso.

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5. MARCO TEÓRICO

Para alcanzar un nivel competitivo de producción en un mercado tan amplio como lo es la filtración de aire industrial, se debe cumplir con estándares de velocidad operativa y de calidad en los productos, factores sustentables en la medida en que se disponga de una base tecnológica para los procesos de fabricación. 5.1 FILTRACIÓN INDUSTRIAL

La filtración es un proceso por el cual las partículas sólidas presentes en un fluido son separadas del líquido o gas empleando un medio filtrante, que retiene los sólidos pero permite el paso del fluido. Filtros tipo panel

Como se indica en la Fig. 6, este modelo conforma paredes de filtración, constituidos por varias capas de elementos filtrantes y mallas de alambre a las que se les realiza un tratamiento para dejarlas con un ondulado que representa la estructura del filtro; esta combinación de elementos se encuentra dentro de marcos que pueden ser de varios materiales entre los más comunes están la lámina galvanizada, cartón o el aluminio. En el mercado se pueden encontrar dimensiones estandarizadas, que coinciden con los estándares de las cabinas donde se emplean estos filtros que por lo general poseen rieles por los cuales ingresan o habitáculos donde deben encajar.

Fig. 6. Filtros tipo panel [10].

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5.2 SISTEMA ELECTRÓNICO

Para entregar la potencia a un sistema mecatrónico, se incluye un sistema electrónico, que la modula para transformarla en energía mecánica cuando se genera el movimiento; a su vez en esta etapa se cimienta la sección de control dentro de un proyecto de diseño de un dispositivo. Pre actuadores

Son dispositivos que permiten dentro de un proceso o maquinaria el suministro de grandes niveles de potencia a los actuadores, por medio de una interfaz de comunicación entre la etapa de control, como las señales otorgadas por los autómatas programables y de potencia, dentro de un sistema o proceso industrial, que requiera valores muy altos de intensidad de corriente para la operación de actuadores rotativos. Este proceso que debe estar conmutado para no realizar etapas de control con intensidades que pongan en riesgo equipos con costos más elevados y a su vez y más importante la integridad física de los operarios involucrados en la manipulación de la máquina. Transformación de energías

La transformación de energía eléctrica a mecánica puede realizarse por medio de actuadores, como los motores de corriente continua o corriente alterna. 5.3 ACTUADORES

“Un actuador es un dispositivo con la capacidad de generar una fuerza que ejerce un cambio de posición, velocidad o estado de algún tipo sobre un elemento mecánico, a partir de la transformación de energía” [11]. Motores de corriente continua

Este tipo de actuador permite garantizar al usuario, tanto un ángulo de giro variable como una posición angular determinada, brindando la precisión necesaria dentro de un proceso. “Dentro de estos se encuentran diferentes tipos, que se clasifican según su funcionamiento, excitación independiente, excitación en serie, excitación de

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derivación, y excitación compuesta, además también hay variaciones denominadas motor universal, sin escobillas, paso a paso, servos.” [12]. 5.4 INSTRUMENTACIÓN

Los procesos industriales modernos exigen la utilización de equipos que permitan mantener un control en cada etapa de la fabricación, en magnitudes como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de roció, etc. “Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar” [13]. Sensores

“Un sensor es un dispositivo de entrada que provee una salida manipulable de la variable física medida” [11]. 5.5 GENERALIDADES DE CONTROL

“La parte de control o mando es el dispositivo que coordina las distintas operaciones encaminadas a mantener a la parte operativa bajo un determinado funcionamiento preestablecido de antemano en las especificaciones de diseño” [14]. 5.6 AUTOMATIZACIÓN

Es la acción de realizar las operaciones manuales, con elementos electromecánicos; el uso del PLC ha superado el cumplimiento de actividades no posibles manualmente, ya sea por su elevada velocidad, alto riesgo o cantidad de variables a controlar simultáneamente. Lógica programada

Surgió con la aparición de los microprocesadores, que permiten realizar control electrónico mediante su programación, por medio de computadores, controladores lógicos y autómatas programables. Esta lógica es cada vez más rentable debido a los avances en micro electrónica que permiten componentes más económicos para esta industria.

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Automatismos secuenciales

A diferencia de los automatismos combinacionales, los secuenciales no dependen solo de las entradas del sistema sino que además dependen de los estados anteriores y de su evolución. Para representar los sistemas automáticos secuenciales se utiliza una herramienta denominada GRAFCET, el cual es un método grafico que se desprende de las redes de Petri.

Fig. 7. Ejemplo de GRAFSET [15].

Autómatas programables

“Un autómata programable industrial (API) es un equipo electrónico de control con un cableado interno (hardware) independiente del proceso a controlar, que se adapta a dichos procesos mediante un programa específico (software) que contiene la secuencia de operaciones a realizar. Esta secuencia de operaciones se define sobre señales de entrada y salida al proceso, cableadas directamente en los bornes de conexión del autómata” [16].

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6. PLANTEAMIENTO DE LA MISION

A continuación se definen los aspectos principales a tener en cuenta durante el desarrollo del producto que se espera obtener, además del impacto que se desea generar a través de su implementación.

Declaración de la misión: Equipo de plisado y corte de malla y elementos filtrantes.

Descripción del producto: Dispositivo mecatrónico que efectúe el desenrollado de mallas galvanizadas y elementos filtrantes textiles, realice su combinación según especificaciones de referencia a fabricar, ejecute el plisado basado en el espesor del filtro a elaborar, para posteriormente dimensionar y cortar, entregando la estructura interna del filtro lista para ser instalada en su respectivo marco.

Propuesta de valor: Aumento de volúmenes de producción. Mejora de calidad en producto terminado. Objetivos clave de negocio: Disminución del costo de mano de obra del 50%. Disminución al 2% del desperdicio de materias primas. Estandarización de procesos y producto terminado. Excedentes de producción entre 60 y 70%, para expansión de mercado. Mercado primario: Diseño a la medida para la compañía Novatexfil S.A.

Suposiciones y restricciones: Entrega de materias primas procesadas con dimensiones estándar. Realizar combinación de materias primas que permita entregar tres porcentajes de

filtración diferentes: 35%, 45%, y 65%. Actuadores y sensores que permitan precisión dentro del proceso. Espacio disponible para ubicar el dispositivo. Involucrados: Operario. Jefe logística. Proveedores materias primas. Empresas consumidoras del producto terminado. Gerencia.

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7. ANALISIS DEL PROCESO PRODUCTIVO

Se obtuvo información relevante dentro del proceso productivo de filtros tipo panel en la empresa, donde se identificaron las operaciones realizadas actualmente para su fabricación. Se lograron evidenciar los problemas y necesidades principales para el planteamiento de conceptos que ofrezcan soluciones ideales, base importante para el diseño del dispositivo mecatrónico que reemplazará estas actividades manuales en una línea de producción automatizada.

7.1 DIAGRAMA DE OPERACIONES DE PROCESO

Fig. 8. Diagrama de operaciones del proceso.

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7.2 DIAGRAMA DE ANÁLISIS DEL PROCESO

Fig. 9. Diagrama de análisis del proceso.

Dentro de este proceso se fabrican 3 referencias distintas las cuales están diferenciadas por el porcentaje de eficiencia del filtro a realizar, estas son 35%, 45% y 65%. Se evidencia la afectación en los tiempos de las operaciones N° 2, 3, 5, 6 y 7 debido principalmente al aumento de materia prima a procesar durante las mismas, para tener claridad se describe la distribución de materias primas dentro de las tres referencias de filtros correspondientes: 35% malla-elem filt(1)-elem filt(1)-malla. 45% malla-elem filt(1)-elem filt(2)-elem filt(1)-malla. 65%malla- elem filt(2)-elem filt(1)-elem filt(1)- elem filt(2)-malla.

Datos Generales

Empresa: Novatexfil S.A.

Division: Filtracion N° Tiempo Distancia N° Tiempo Distancia N° Tiempo Distancia

Departamento: Produccion Operación 5 10

Seccion: Traslado 1 1 10

Proceso: Plisado Inspeccion 1 1

Inicia: Demora -

Finaliza: Almacenaje 1 0

Elabora: Jonathan Victoria

Fecha: 13 de agosto de 2018

Revision: Carlos Medina

Actividad

No. Oper. Tras. Ins. Demor. Alm. Tiempo (min) Distancia (m)

1 - -

2 1 10

3 2 -

4 2 -

5 1 -

6 2 -

7 3 -

8 1 -

Totales 12 10

Actividad


1 - -

2 2 10

3 3 -

4 2 -

5 2 -

6 2 -

7 4 -

8 1 -

Totales 16 10

Actividad


1 - -

2 2 10

3 4 -

4 2 -

5 3 -

6 3 -

7 5 -

8 1 -

Totales 20 10

Combinacion de malla-elem filt(1)-elem filt(2)-elem filt(2)-elem filt(1)-malla

Sujecion de materias primas combinadas

Plisado de elementos combinados

Verificacion de dimenciones requeridas

Filtros eficiencia del 65%Observaciones

Estado de materias primas en almacenamiento

Se trasladan los rollos de elemento filtrante y mallas

Medicion y corte de 2 capas de 2 elementos filtrantes diferentes

Medicion y corte de mallas galvanizadas

Medicion y corte de 2 capas de un elemento filtrante y una capa de otro


Combinacion de malla-elem filt(1)-elem filt(2)-elem filt(1)-malla





Filtros eficiencia del 35%

Filtros eficiencia del 45%Observaciones



Observaciones



Combinacion de mallas-elem filt-elem filt-malla


Medicion y corte de dos capas de elemento filtrante



ActividadesProceso actual Proceso propuesto Diferencia

Resumen filtros eficiencia del 35%

Observaciones: Todas las operaciones son realizadas manualmente, la operación N°7 de

plisado se realiza con la ayuda de un dispositivo manual fabricado en angulos, hacen aparicion

don elelmtos filtrantes diferentes (1) y (2).

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De las operaciones identificadas se resalta el esfuerzo físico, debido a que son realizadas de forma manual en su gran mayoría. El manejo de elementos como las mallas galvanizadas y herramientas de corte manual generan una alta probabilidad de lesión.

La operación de mayor duración es el plisado de las materias primas debidamente combinadas y sujetadas. Es realizada por medio de una herramienta improvisada fabricada por el operario con ángulos estructurales, con la que efectúa dobleces aplicando la fuerza de sus brazos y manos. Una vez finalizados los dobleces a lo largo de todo el material, es retirado de la herramienta y nuevamente con sus manos repasa los pliegues para verificar las dimensiones finales, permitiéndole modificar los mismos con lo cual pretende llegar lo más cerca posible a las especificaciones solicitadas.

7.3 MATERIAS PRIMAS

Mallas: Para la fabricación de este tipo de filtro en particular se emplean mallas electro soldadas, patrón cuadrado y recubrimiento en PVC.

Elemento filtrante 1 (guata): Material textil abrasivo de fabricación punzonado. Elemento filtrante 2 (cambrel): Material textil de fabricación punzonado de

poros cerrados.

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8. IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES Y ESPECIFICACIONES OBJETIVO

8.1 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES

Para aumentar el volumen de producción al nivel deseado, mejorar los estándares de calidad del producto terminado y prevenir futuras lesiones por acciones repetitivas dentro del proceso de fabricación de filtros panel en la empresa Novatexfil S.A, se identificaron una serie de necesidades que regirán el diseño de un dispositivo que permita automatizar el proceso productivo. En el área de producción se utilizaron varios métodos para recopilar la información relevante. Observación y análisis del proceso productivo y entrevistas cortas con el personal directamente relacionado en la fabricación de filtros.

Con respecto a la observación del proceso se obtuvieron resultados plasmados anteriormente en los diagramas de operaciones de procesos y el diagrama de análisis de procesos, dando registros de tiempos requeridos para cada operación y su descripción permitiendo visualizar los errores y lograr el planteamiento de necesidades.

Las entrevistas realizadas al personal administrativo y operativo encargado de fabricar filtros panel se basaron en lo que les gusta, no les gusta y que mejorarían del proceso de fabricación actual. El esfuerzo físico que implica para ellos cada una de estas actividades y como los afecta, fue una de las situaciones más recurrentes de las expresadas por el personal operativo, a su vez de que tan seguros se sentían dentro de este proceso. Se obtuvieron datos importantes del área de logística relacionados con los tiempos de entrega del producto, donde se plantea una reducción en los tiempos de fabricación que permita cumplir con las entregas de una manera más precisa y oportuna.

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TABLA I

Identificación de necesidades

N° Necesidades expresadas por el cliente

Planteamiento de las necesidades

1 Que se fabriquen más filtros en un menor tiempo

El dispositivo aumenta los volúmenes de producción

2

Que el dispositivo permita realizar la combinación de materias primas necesarias según la referencia a fabricar

Sistema que permita la combinación de materias primas, para filtros de 35%, 45% y 65%

3 Implementar unas guías que permitan que los pliegues queden todos iguales

Sistema de pliegue estandarizado según la referencia a fabricar

4 Debe llevar un registro de cuantas unidades se han producido

El dispositivo lleva e indica un registro de cuantas unidades se han producido

5 Realizar cortes más precisos que permitan el aprovechamiento de materias primas

Disminución en el porcentaje de desperdicio de materias primas

6 Hay muchos riesgos para los operarios Diseño seguro para los operarios

7 Realizar el corte de material que coincida con las dimensiones del filtro a fabricar

Sistema de corte según especificaciones de fabricación

8 Que tenga acceso a los mecanismos para realizar un debido mantenimiento

Fácil mantenimiento del dispositivo

9 Que pueda ser utilizado sin muchos procedimientos Funcionamiento intuitivo

10 Que este fabricado con materiales asequibles Económico

11 Fabricar cantidades determinadas sin interrupciones Sistema automático

12 Preparación de materia primas por medio de ayudas mecánicas

Sistemas de alimentación de materias primas

13 Identifique cuando el proceso tenga fallas, falta de materias primas o que ha terminado un lote de producción

Sistema de alertas en tiempo real (fallas, falta materias primas, finalización de proceso)

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Teniendo las necesidades definidas en la tabla anterior se procede a otorgarles un nivel de importancia relativa según los criterios del cliente. Con lo que se espera durante este proceso verificar el cumplimiento de estas necesidades y por consecuente de los objetivos anteriormente planteados para lograr el éxito del proyecto. Se determinó la utilización de una escala de 1 a 5, donde 1 representaría el nivel de importancia más bajo y 5 el más alto.

TABLA II

Importancia de necesidades

N° Necesidades IMP

1 El dispositivo aumenta los volúmenes de producción 5

2 Sistema que permita la combinación de materias primas, para filtros de 35%, 45% y 65% 4

3 Sistema de pliegue estandarizado según la referencia a fabricar 5

4 El dispositivo lleva e indica un registro de cuantas unidades se han producido 2

5 Disminución en el porcentaje de desperdicio de materias primas 3

6 Diseño seguro para los operarios 4

7 Sistema de corte según especificaciones del filtro 4

8 Fácil mantenimiento del dispositivo 3

9 Funcionamiento intuitivo 3

10 Económico 4

11 Sistema automático 5

12 Sistema de alimentación de materias primas 3

13 Sistema alertas en tiempo real (fallas, falta materias primas, finalización de proceso) 3

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8.2 LISTA DE MÉTRICAS

Se emplearon métricas que permitieran reflejar directamente el cumplimiento de cada una de las necesidades identificadas. Por lo cual se procuró en su mayoría que estas fueran medibles, evitando la subjetividad en las mismas. Este procedimiento es importante para obtener las especificaciones objetivo del equipo, permitiendo identificar características técnicas, funciones y restricciones de este, que serán empleadas durante la generación de conceptos.

TABLA III

Métricas asociadas a necesidades

N° Métrica Métrica Unidades

1 Volumen de producción Und/hora 2 Variedad de referencias a

fabricar #

3 Precisión de pliegue mm 4 Registro de unidades subjetivo 5 Desperdicio % 6 Normas de seguridad industrial Booleano 7 Precisión de corte mm 8 Costo de mantenimiento $ 9 Número de acciones para

arranque #

10 Precio de fabricación $ 11 Sistema automático Binario 12 Sistema de alimentación # rollos 13 Sistema de alertas booleano

8.3 CASA DE LA CALIDAD QFD

Como resultado de este análisis se obtuvo que la métrica más relevante es la del sistema automático con un peso del 21%, que a su vez está muy ligada a las de volumen de producción con un 12% y variedad de referencias a fabricar con un 10%, cifra que respalda la necesidad de implementar tecnologías dentro de los procesos productivos de la empresa.

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Fig. 10. Casa de la calidad QFD. En segundo lugar de importancia se encuentra el precio de fabricación del dispositivo con un 14% lo cual permite tomar decisiones importantes en cuanto a la selección de dispositivos, procesos y materias primas, tanto en fases preliminares como la generación de conceptos, hasta en el diseño detallado.

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9. GENERACIÓN DE CONCEPTOS

Durante esta fase se empleó toda la información relevante consolidada en las secciones anteriores para empezar con un proceso de generación de soluciones técnico y creativo. Se descompusieron las funciones del dispositivo a diseñar, logrando demostrar sus principios de trabajo y forma. Para lograr que un proyecto posea un desarrollo adecuado es importante realizar una buena generación de conceptos, pues es un procedimiento que no requiere de mucha inversión de presupuesto.

Se llevaron a cabo una serie de pasos para alcanzar el concepto deseado, empezando por una descripción del dispositivo con la ayuda de un diagrama de caja negra, para luego realizar una descomposición funcional del dispositivo de manera que permitiera identificar una ruta crítica dentro de sus funciones. Posteriormente se realizó una búsqueda externa para evaluar la posible aplicación de soluciones puntuales existentes a sistemas específicos dentro del diseño, permitiendo enfocarse en sistemas críticos por medio de una búsqueda interna para generar conceptos viables. Después se implementó una exploración sistemática donde se realizaron combinaciones de las diferentes soluciones puntuales dentro de los subsistemas.

9.1 DESCOMPOSICION FUNCIONAL

Para afrontar un problema como el planteado en este proyecto es importante su descomposición en sub problemas, ya que permite enfocarse en cada uno por separado. A continuación se emplea un diagrama de caja negra donde se definen las entradas y salidas relevantes en el equipo de plisado de mallas y elementos filtrantes, para posteriormente continuar con un diagrama de caja gris donde se identificaron las funciones que el dispositivo deberá ejecutar para cumplir con su objetivo. Estas funciones ponen en evidencia los sistemas que intervienen en el funcionamiento de la máquina.

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Fig. 11. Diagrama de caja negra.

Descripción de las entradas del sistema:

Energía: El dispositivo necesitará de energía ya sea eléctrica y/o mecánica para poner en funcionamiento los subsistemas que lo componen.

Materias primas (malla): Dentro de este proceso de fabricación se utilizan mallas galvanizadas y electro soldadas con recubrimientos en PVC, las cuales deben ser sometidas a estudios de resistencia que permitirán evaluar el método ideal para su plisado sin afectar su integridad.

Materias primas (elementos filtrantes): Se encuentran dos tipos de elementos filtrantes textiles, que estarán sometidos a una tensión durante la etapa de alimentación y plisado, por lo cual deberán ser sometidos a pruebas de resistencia a tensión.

Señales (configuración de parámetros): El usuario deberá ingresar datos de la referencia del filtro a fabricar, con los que el sistema se configurará para fabricar el producto esperado.

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Señal (inicio del proceso, parada de emergencia): El operario deberá dar inicio a la fabricación por medio de una señal que será admitida únicamente cuando el sistema tenga los parámetros de fabricación definidos y sea seguro.

Descripción de las salidas del sistema:

Material procesado: el sistema deberá entregar las materias primas procesadas según las especificaciones de fabricación dadas por el operario al inicio.

Señales de alerta: Se reflejarán alertas que permitan conocer al operario el estado del proceso, tales como fallos generales, paradas de emergencia, falta de materias primas y finalización del proceso.

Fig. 12. Diagrama de caja gris.

9.1.1 Ruta crítica de funciones

A continuación se presenta el diagrama que determina la ruta crítica que se identificó por medio del planteamiento de la caja gris. Es importante dirigir la mayor cantidad de esfuerzo de diseño en estas funciones (automatización, control e interacción del usuario con la máquina), por tal razón mediante ellas se

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determinaron subsistemas con los que se presentaron y combinaron soluciones a partir de la aplicación de una exploración sistemática, en donde se emplearon árboles de clasificación de conceptos, logrando una visión más detallada de cada una de ellas.

Fig. 13. Ruta crítica de funciones.

9.2 BÚSQUEDA INTERNA

Durante esta etapa se tomó cada subsistema de la ruta crítica y se abordó de manera aislada. Se emplearon árboles de clasificación para descomponer la solución del subsistema en el mayor número alternativas posibles y posteriormente emplear combinaciones entre estos elementos para generar los conceptos de diseño del dispositivo.

Teniendo en cuenta que es un proceso completamente manual se presentarán como apoyo las descripciones simples del proceso actual que será remplazado por dichos sistemas, teniendo evidencias objetivas para los procesos de selección posteriores.

9.2.1 Sistema de alimentación

Permite el ingreso de material al dispositivo en los formatos suministrados por los proveedores y la libertad de realizar las combinaciones deseadas de capas según las especificaciones técnicas del filtro a fabricar, a su vez se encargará de mantener una tensión en la materia prima que entra al sistema, siendo muy importante para que permanezcan uniformes al ser plisadas. El sistema de alimentación también plantea elementos que permiten realizar esta función de manera mecánica o electrónica.

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Las materias primas tales como elementos filtrantes y mallas son recibidas de proveedores en formatos de rollo con anchos equivalentes de 600 milímetros y dimensiones lineales variables, actualmente en la empresa estas son desenrolladas, dimensionadas y cortadas según las especificaciones del filtro a fabricar, procedimiento realizado con ayuda de tijeras especiales según el material a cortar (mallas galvanizadas o textiles), para lo cual se requiere de amplio espacio de trabajo donde apilar cada materia por tipo, de manera que se pueda realizar su combinación y sujeción entre capas con la ayuda de alambre pasado manualmente entre las mismas.

Fig. 14. Árbol de clasificación del sistema de alimentación.

Este sistema debe sostener las materias primas entregadas por los proveedores con formato de ancho solicitado y en presentación por rollos de un metraje especifico. En función de cumplir con la fabricación de diferentes referencias de filtros este sistema debe facilitar el montaje y combinación de materiales. Posteriormente, se plantean una serie de seis ejes para soportar los rollos según sean las especificaciones del filtro a fabricar, los cuales estarán soportados por rodamientos, permitiendo el desenrollado de material y finalmente con esto definido se presentarán las opciones planteadas para lograr la tensión deseada en el material. Descripción de los componentes del sistema de alimentación:

Tensión mecánica freno

Mecanismo de freno que actuará sobre cada uno de los ejes que soportan los rollos de materia prima permitiendo graduar el torque necesario para el desembobinado de la materia prima, controlando la inercia y por ende el desenrolle de material no deseado en momentos que el dispositivo deba parar.

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Tensión electrónica motor DC

Elementos que se plantean ubicar en los ejes y generar un control del giro de los mismos, obtenido un resultado similar al del freno mecánico.

Tracción electrónica motor DC

Implementación de un motor ubicado a la salida del sistema de alimentación e inmediatamente antes del sistema de plisado, que se encargará de girar dos rodillos entre los cuales pasaran las materias primas combinadas y tiraran de estas para ingresarlos al sistema.

9.2.2 Sistema de plisado

Se emplea un dispositivo artesanal elaborado con dos ángulos estructurales de acero, donde las capas de materia prima previamente combinadas y sujetadas pasan por medio de los ángulos, donde el superior tiene un grado de libertad en el movimiento lineal sobre el eje vertical y el inferior tiene un grado de libertad rotacional sobre el eje horizontal, que le permite realizar un giro hacia arriba de aproximadamente 90 grados. El operario realiza un primer pliegue apoyando el material que sobresale del ángulo inferior y empujándolo con sus manos hacia abajo, para continuar con la basculación del mismo, generando el siguiente pliegue en sentido contrario y una vez tiene estos dos pliegues levanta el ángulo superior y tira del material hacia él, para repetir el mismo proceso hasta obtener pliegues a través de todo el conjunto correspondiente a un filtro. Según lo observado es claro que las dimensiones de los pliegues no están estandarizadas y tampoco se emplea un sistema de medida adecuado más que la experiencia del operario. Una vez finalizado el conjunto, el operario utiliza el ángulo superior para rectificar cada pliegue nuevamente fuera del mecanismo e igualmente realiza un proceso en el cual recoge todos los pliegues, colocando el material por delante de su cuerpo y con sus manos presionándolo hacia él, hasta alcanzar una dimensión aproximada a las requeridas según de la referencia de filtro a realizar y completando así, un conjunto listo para ser ensamblado.

Este sistema debe generar los pliegues a las materias primas de manera uniforme, garantizando una estandarización en el producto terminado. Se plantean dos sistemas, eléctrico y neumático para generar movimientos lineales o rotacionales, los cuales puedan producir pliegues por medio de rodillos o cuchillas que promuevan la interacción del operario con las materias primas y en donde su transformación sea la mínima posible.

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Fig. 15. Árbol de clasificación del sistema de plisado.

Descripción de los componentes del sistema de plisado:

Eléctrico rodillos

Es un sistema eléctrico con control de velocidad de un motor AC, el cual por medio de una transmisión de potencia basada en correas en V y una relación de fuerza, genera el movimiento de dos rodillos con tramado, por los cuales pasaran las materias primas ya combinadas y donde las diferentes tramas permitirán fabricar las referencias de filtros deseadas.

Eléctrico mecanismo biela-palanca-cuchillas

Utilizando un control de velocidad de un motor AC, se implementa un mecanismo de cuatro barras para obtener un movimiento lineal en el eje vertical de dos cuchillas sin filo, enfrentadas entre sí, que intercalaran su posición con estos movimientos verticales, ubicándose una delante de la otra y repitiendo el proceso. Las materias primas pasaran por el medio de las dos cuchillas generando los pliegues deseados.

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Fig. 16. Sistema de plisado: opción eléctrico rodillos.

Fig. 17. Sistema de plisado: opción eléctrico mecanismo biela-palanca-cuchillas.

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Eléctrico pistones cuchillas

Es el mismo sistema donde se obtienen los pliegues por medio del cambio de posición de dos cuchillas pero implementando cilindros eléctricos para lograr los movimientos lineales necesarios.

Fig. 18. Sistema de plisado: opción pistones cuchillas.

Neumático pistones cuchillas

Una vez más, el mismo planteamiento donde se emplean las cuchillas pero con la utilización de cilindros neumáticos como actuadores para generar el movimiento lineal.

9.2.3 Sistema de corte

Actualmente el procesos de corte se realiza por separado a cada tipo de materia prima (mallas, elementos filtrantes), como se definió en el sistema de alimentación, donde se realiza manipulación de estas por parte de los operarios, lo que puede

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generar una afectación a su integridad física al trabajar con las mallas galvanizadas, las cuales poseen bordes capaces de generar lesiones durante su manipulación, generando que esta etapa del proceso sea lenta y cuidadosa para ellos.

El material plisado debe ser dimensionado en largo y ancho según las especificaciones de la referencia a fabricar, por lo que este sistema debe asegurar la integridad de los pliegues al momento de realizar el corte. Se plantea emplear sistemas CNC o fijo para el posicionamiento del corte, que puede ser por medio de movimiento rotacional de discos o movimientos lineales de cuchillas.

Fig. 19. Árbol de clasificación del sistema de corte.

Descripción de los componentes del sistema de corte:

Fijo pistones cizalla

Utilización del principio de una cizalla con actuadores neumáticos lineales ubicada en un punto fijo, la cual deberá tener una activación para realizar el corte por medio de sensores o secuencias terminadas según la respectiva referencia de filtro a fabricar.

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Fig. 20. Sistema de corte: opción fijo pistones cizalla. CNC tornillo sin fin pistones cizalla

Implementa un sistema de posicionamiento a lo largo del eje de salida de material procesado, por medio de un tornillo sin fin y motores, ubicando una cizalla en la posición determinada de corte, la cual realizará su trabajo por medio de actuadores neumáticos.

Fig. 21. Sistema de corte: opción CNC tornillo sin fin pistones cizalla.

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CNC tornillo sin fin disco

Uso de un sistema de posicionamiento, pero en esta ocasión actuando tanto en el eje de salida de material procesado como en el perpendicular del mismo, sobre el cual estará soportado un actuador rotacional con disco de corte, el cual, una vez este posicionado en el largo especificado, realizará el corte paralelo a los pliegues con un movimiento del disco.

Fig. 22. Sistema de corte: opción CNC tornillo sin fin disco.

9.2.4 Interfaz usuario máquina

Con la meta de que el dispositivo diseñado sea operado con facilidad y de manera intuitiva por parte del empleado de la empresa, se implementarán estrategias que permitan que con inducciones muy cortas y precisas de operación, el personal designado, logre entender y realizar la producción de manera automática.

En dicha interfaz el usuario deberá determinar las especificaciones deseadas del filtro a realizar (largo, espesor, cantidad) y con esta información de entrada el dispositivo ajustará los parámetros de fabricación.

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Fig. 23. Árbol de clasificación de la interfaz usuario máquina.

Descripción de los componentes de la interfaz usuario máquina:

Digital

Emplear una pantalla táctil donde el operario pueda realizar activaciones y definición de parámetros deseados durante la operación de la máquina. En esta misma se mostraran los estados actuales del proceso y su desarrollo en tiempo real.

Análogo

Todas las señales donde se definirán tanto parámetros como arranques de proceso, serán a través de interruptores y pulsadores analógicos que enviaran información al sistema de control. En cuanto a los estados de operación, se realizará por medio de indicadores leds y visualizadores siete segmentos

9.2.5 Control

Se plantea basar todo el sistema que realizará el control del equipo mediante la implementación de microprocesadores o PLC, decisión que se fundamentará teniendo en cuenta factores como la practicidad, costo y carga de trabajo. Es importante mencionar que según sea definido este parámetro, se derivaran los lenguajes de programación a implementar.

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Fig. 24. Árbol de clasificación del sistema de control.

Descripción de los componentes de control:

PLC Ladder o Diagrama de bloques

Implementación de un dispositivo robusto de control industrial, en el cual se puede realizar una programación en diferentes niveles, cada uno con sus ventajas y desventajas. Los diagramas de bloques son una representación gráfica y sencilla que muestra el proceso y son fáciles de seguir, ya que identifican las falencias y oportunidades de mejoras directamente, pero tiene como falla importante no basarse en normativas establecidas. El ladder es un lenguaje estándar en la representación lógica de control industrial y su mayor fuerte es la normativa que sigue, la cual unifica la simbología usada por la mayoría de los fabricantes, pero su falencia más destacada es la complejidad al trabajar con señales analógicas y durante las operaciones aritméticas.

Microprocesadores Assembler o C

Estos dispositivos estarían implementados en plataformas tales como arduino, equipos con presentación y especificaciones de uso menos robustas, saliéndose del ámbito industrial, donde de igual forma es posible la utilización de lenguajes de programación de diferentes niveles. En cuanto la programación mediante assembler, se tiene como ventajas la precisión y velocidad obtenida al controlar, pero sus desventajas son la dificultad al realizar cambios o mejoras y la no portabilidad al momento de la programación, donde cada arquitectura de

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procesador varía según el fabricante y por ende cambia su método de programación en este lenguaje. Con respecto a C, sus ventajas más notorias son la portabilidad, donde es posible implementar código en diferentes arquitecturas con cambios menores y además su mantenimiento es mucho más sencillo, pero sus desventajas están relacionadas con la cantidad de memoria que ocupan y la velocidad con respecto a assembler.

9.3 COMBINACIÓN DE CONCEPTOS

Partiendo de los elementos definidos para cada sistema, se elaborarán conceptos de solución para el problema encontrado en la línea de producción de filtros panel, se mostrarán tablas en las cuales se realizaron combinaciones de dichas soluciones individuales para cada sistema definido y explicado dentro de la búsqueda interna. Con cada concepto se presentarán los elementos básicos para la implementación del mismo, sus fortalezas y debilidades presentes, las cuales serán tomadas en cuenta al momento de realizar los tamizajes de selección de conceptos.

9.3.1 Concepto A

Fig. 25. Configuración concepto A.

En este concepto podemos resaltar los diferentes tipos de actuadores dentro de cada sistema, entre los que se plantean un motor AC para el sistema de plisado, un motor DC y dos cilindros neumáticos para el sistema de corte, generando dificultades tanto en la sincronización del equipo como en el mantenimiento de los diferentes tipos de sistemas, a su vez se presentaría el control de velocidad aplicado al motor AC, control de posición para el motor DC de posicionamiento del sistema de corte y control de estado para los cilindros neumáticos por medio de finales de carrera, lo que implica la aplicación de diferentes fuentes de energía, como sería AC y su debida transformación para la aplicación DC necesaria y la utilización de aire comprimido para el sistema neumático de fuerza. Con relación al sistema de plisado por rodillos, se identifica la robustez del sistema pero se presenta la dificultad en el cambio de referencia de filtro a fabricar con relación a la altura de los

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pliegues, en cuanto al sistema alimentación lo vemos de la manera más simplificada sin la necesidad de adicionar actuadores que aumentarían el costo del dispositivo y sobrecargarían el sistema de control y en cuanto a este último en conjunto con la interfaz de usuario, se aplicarían soluciones muy económicas, ya que por una parte en la interfaz análoga se implementarían interruptores, pulsadores e indicadores led de bajo costo, pero se reflejaría una amplia utilización de cableado direccionado al sistema control, liderado por un sistema embebido y comandado por un microprocesador que tendría que soportar una alta carga de trabajo para la cual no está diseñado.

9.3.2 Concepto B

Fig. 26. Configuración concepto B.

En este concepto se encuentran variaciones en los sistemas de alimentación y corte, donde se plantea la utilización de motores DC para los mismos, lo cual brindaría un control más detallado de estos sistemas pero agregaría una alta cantidad de actuadores, adicionando diez motores DC, que elevaría los costos de fabricación y mantenimiento. Se hace énfasis en el sistema de corte, la implementación de un actuador con disco, que permitiría un corte más preciso pero por otro lado generaría material particulado, que repercutiría en la inocuidad del producto. Con respecto a los sistemas de plisado, interfaz usuario y control, se plantean las mismas alternativas del concepto, uno con diferencias en el lenguaje de programación empleado C, que habilita su portabilidad y flexibilidad al usar diferentes marcas de microprocesadores y otro la facilidad de mantenimiento del código, pero en contra se presenta su velocidad en comparación con assembler.

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9.3.3 Concepto C

Fig. 27. Configuración concepto C.

Concepto en el cual se mantiene la solución implementada en el concepto dos, con respecto al sistema de alimentación. Es importante mencionar que este concepto incluye seis actuadores tipo motor DC. Respecto al sistema de plisado, se identifica la aplicación de un motor AC para generar el movimiento en el cual se controlaría la velocidad. Un factor muy importante es la sincronización entre ambas cuchillas y sistemas, lo cual podría generar exceso o falta de material, llevando a que pueda presentarse ruptura o atascamiento del mismo. El sistema de corte al no tener movimiento para ser ubicado, reduce la cantidad de actuadores a implementar y solo se basaría en sensores que le indicarían a los demás sistemas que se detengan y este realizaría el corte evitando los fallos. En cuanto a la interfaz, se plantea usar un sistema digital el cual facilitaría la interacción del usuario, realizándose por medio de una pantalla HMI en la cual se ingresarían los parámetros de configuración de producción, pero nuevamente esta implementación elevaría los costos de fabricación y a su vez se reduciría el cableado teniendo una comunicación tipo profibus con el sistema de control, que estaría liderado por un PLC y programado con lenguaje de diagrama de bloques, que facilitaría esta etapa debido a la simpleza del método, pero se tendría en cuenta la falta de normatividad en el mismo.

9.3.4 Concepto D

Fig. 28. Configuración concepto D.

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En este concepto se reducen los actuadores aplicados en el sistema de alimentación con un motor DC para generar la tracción y nuevamente se implementa en el sistema de corte el posicionamiento CNC y disco de corte, adicionando cuatro actuadores y teniendo como referencia la falencia en cuanto al material particulado por el tipo de corte, afectando la inocuidad. Para el sistema de plisado se plantea la utilización cilindros eléctricos que aportarían mucha precisión al sistema, pero tendrían desventajas en cuanto a su baja velocidad de operación y de par de fuerza que puedan aplicar, debido a los diferentes tipos de control una vez más encontrados en este concepto, se podrían presentar problemas de sincronización entre sistemas. Para la interfaz usuario se presenta la implementación de un sistema digital donde se busca la utilización de una pantalla, pero en este caso no sería HMI debido a que el sistema de control estaría dirigido por un microprocesador y dicha implementación generaría un aumento en la complejidad de programación que se plantea con lenguaje assembler, el cual estaría destinado a un procesador en particular y tendría una repercusión en las mejoras y mantenimiento del código.

9.3.5 Concepto E

Fig. 29. Configuración concepto E.

Este concepto utiliza el sistema de alimentación antes presentado, en el cual no es necesario agregar actuadores. Para los sistemas de plisado y corte, se plantea aplicar cilindros neumáticos con un total de cinco a seis actuadores, pues el sistema de corte es planteado sin posicionamiento, siendo estos los únicos actuadores a implementar y teniendo en cuenta que todos son del mismo tipo, simplificaría su control por medio de secuencias de funcionamiento, remarcando los bajos costos de fabricación y mantenimiento. Por parte de la interfaz, es planteado de manera análoga presentándose una gran cantidad de cableado que podría dificultar el proceso de aplicación del dispositivo o su mantenimiento, pero nuevamente reduciría la complejidad y costos con respecto a la solución digital, el control estaría dirigido por medio de PLC, otorgando la robustez necesaria en un ámbito industrial y programado en ladder, que ofrecería un programa estandarizado y con normativas establecidas.

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9.3.6 Concepto F

Fig. 30. Configuración concepto F.

Este concepto nuevamente implementa diferentes tipos de actuadores y por parte del sistema de alimentación hay un aumento en la utilización de los mismos, al tener tensión y tracción generados por medio de estos, con un conteo de siete motores DC, en donde se asegura que el sistema de plisado no se quede sin material por ningún motivo pero teniendo en cuenta la sincronización dentro y entre sistemas, aunque a su vez se elevan los costos tanto de fabricación como de mantenimiento. Para el sistema de plisado, se implementan cuatro cilindros eléctricos que nos proporcionan precisión, pero con las falencias antes presentadas, al igual que el sistema de corte donde encontramos un motor DC para el posicionamiento y un cilindro neumático para impulsar la cizalla. La interfaz de usuario tendría los beneficios de implementar una pantalla HMI, pues nuevamente se tendría comunicación tipo profibus con un PLC encargado de realizar el control, otorgando robustez junto con el lenguaje de programación ladder y sus normativas a nivel industrial.

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10. SELECCIÓN DE CONCEPTO

Una vez descritos los diferentes conceptos propuestos para el diseño de la máquina, se inició el proceso de selección. Este se llevó a cabo mediante la evaluación de cada una de las alternativas frente a los criterios de selección. Estos criterios corresponden a la lista de métricas que se derivaron de las necesidades expuestas por el cliente, con una modificación en la que se eliminaros los criterios que se consideró que no iban a aportar a la evaluación y se adicionó un aspecto relevante que no fue detectado en la etapa inicial del proyecto, la inocuidad. Por consiguiente se espera que esta etapa permita identificar la alternativa que mejor responde a los deseos del cliente.

TABLA IV

Criterios para la selección de conceptos

Criterio de selección Volumen de producción Variedad de referencias a fabricar Precisión de pliegue Precisión de corte Costo de mantenimiento Inocuidad Costo de fabricación

Siguiendo la metodología presentada por Ulrich y Eppinger [17] inicialmente se realizó un filtrado en donde se incluyeron todas las alternativas y se designó como referencia a una de las 6. Este método consiste en la comparación de todos los demás conceptos con el de referencia. Se utiliza la siguiente escala de calificación: “igual a la referencia” (0), “mejor que la referencia (+) y “peor que la referencia” (-), teniendo en cuenta el nivel de satisfacción para cada criterio.

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TABLA V

Filtrado de alternativas

Conceptos

Criterios de selección A B (REF) C D E F

Volumen de producción 0 0 - - 0 - Variedad de referencias a fabricar - 0 0 + + + Precisión de pliegue 0 0 + + + + Precisión de corte + 0 + 0 - + Costo de mantenimiento + 0 - + + 0 Inocuidad + 0 + 0 + + Costo de fabricación + 0 0 + + -

Evaluación neta: 3 0 1 3 4 2 Lugar: 3 6 5 2 1 4

¿Continuar?: si no no si si no

Después de haber reducido la cantidad de alternativas viables a la mitad, se realiza el proceso de evaluación. Este se diferencia del anterior por dos aspectos fundamentales: la escala de calificación va de 1 a 5 y se interpreta según lo indicado en la tabla VI, y los criterios tienen una importancia que se representa como un porcentaje. Estas características en el proceso de evaluación permiten enfocar aún más la selección del concepto hacia las necesidades del usuario, ya que la importancia de cada criterio se define según la información obtenida del mismo.

TABLA VI

Interpretación de la escala de calificación de 1-5

Desempeño Calificación Mucho peor que la referencia 1 Peor que la referencia 2 Igual que la referencia 3 Mejor que la referencia 4 Mucho mejor que la referencia 5

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Al evaluar el volumen de producción en cada uno de los conceptos se determina rápidamente que el A supera al D y al E, esto se debe a que su sistema de plisado utiliza un rodillo, que depende directamente de un motor AC, permitiendo que la elaboración de los pliegues sea más rápida. A su vez el concepto E es mejor en este criterio que el D debido a que su sistema al ser neumático supera al eléctrico en velocidad. Pero en contraposición, el sistema de plisado por cuchillas en los conceptos D y E les permite realizar un cambio de referencia de filtro más rápido y fluido, ya que solo depende de la distancia que recorrerá el cilindro, en cambio en el concepto A se debe cambiar al rodillo específico para cada referencia.

La precisión en los pliegues es muy similar en los tres conceptos, pero debido a que el A y el D son más propensos a atascamientos, se le dio el mayor puntaje al concepto E. Por otro lado, la alternativa D queda en desventaja frente a los otros dos en los criterios “precisión de corte” e “inocuidad” debido a que su sistema de corte emplea un disco, que es menos preciso que la cizalla y además al realizar el corte generaría material particulado afectando la inocuidad del producto final. Por último, el concepto E supera a los otros dos en costos tanto de mantenimiento como de fabricación, ya que estos dos criterios están directamente relacionados con la complejidad de los sistemas y la cantidad de actuadores empleados, y en su caso todos los sistemas se limitan al tipo electroneumático.

TABLA VII

Matriz de selección definitiva del concepto

Concepto A (REF) D E

Criterios de selección Peso Cal. Pond. Cal. Pond. Cal. Pond. Volumen de producción 18% 3 0.54 1 0.18 2 0.36 Variedad de referencias a fabricar 14% 3 0.42 5 0.7 5 0.7

Precisión de pliegue 18% 3 0.54 4 0.72 5 0.9 Precisión de corte 11% 3 0.33 1 0.11 4 0.44 Costo de mantenimiento 7% 3 0.21 1 0.07 4 0.28 Inocuidad 18% 3 0.54 1 0.18 3 0.54 Costo de fabricación 14% 3 0.42 2 0.28 4 0.56 Total 3 2.24 3.78 Lugar 2 3 1

¿Continuar? no no desarrollar

61

El proceso de selección empleado permitió determinar que la alternativa que responde de manera más acertada a las necesidades del cliente es la E. Lo que significa que será la base para las siguientes etapas de diseño de la máquina.

62

11. DISEÑO DETALLADO

A continuación se realizará el diseño detallado de los sistemas que conformarán la máquina. Este procedimiento implica la toma de decisiones sobre los mecanismos y elementos necesarios para cumplir con el objetivo de cada sistema, esto conlleva la implementación de cálculos con el propósito de definir las especificaciones adecuadas de los elementos para que el concepto seleccionado pueda desempeñar sus funciones de la manera más óptima.

Inicialmente se presenta la máquina en la Fig. 31 con todos sus sistemas ubicados en la línea de producción para tener claridad de su ubicación dentro de la misma. Empezando por el sistema de alimentación con sus cuatro rollos de materia prima, luego se encuentra el sistema de plisado, y se finaliza con el sistema de corte la banda de salida del producto terminado.

Fig. 31. Vista completa de la máquina.

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11.1 DISEÑO DETALLADO DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN

Para diseñar el sistema de alimentación de la máquina se realizó inicialmente un análisis de las dos referencias de filtros que se producen en la empresa y de los materiales que los componen. Este proceso permitió identificar que los filtros de eficiencia de filtrado del 65% estaban siendo manufacturados inadecuadamente por dos motivos, el primero es que no se estaba definiendo un sentido de flujo del aire, y el segundo que la tela cambrel se estaba ubicando primero que la guata, lo cual es un error ya que la guata retiene partículas de un tamaño mayor en comparación al cambrel. Esto llevó a que se modificara la composición de este tipo de filtro, como se puede observar en la Fig. 32, donde la malla se identifica con el color gris, el cambrel con el azul y la guata con el verde.

Fig. 32. Cambio en la composición del filtro de eficiencia del 65%. (a) Filtro antes de los cambios sin sentido del flujo de aire definido. (b) Filtro después de cambios

con sentido de flujo definido.

El nuevo diseño al incluir una dirección de flujo permitió disminuir la cantidad de materia prima empleada para su elaboración. Esto tuvo un impacto directo en el diseño de la máquina y más específicamente en el diseño del sistema de alimentación ya que disminuyó el número de rollos necesarios de seis a cuatro, como se puede observar en la Fig. 33.

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Fig. 33. Modelo 3D del sistema de alimentación.

Como se puede evidenciar en la imagen, los rollos de material están dispuestos en un orden que facilita el armado del conjunto para cada referencia. El sistema cuenta con cuatro rodillos locos que tendrán el propósito de guiar el conjunto de materias primas de una forma adecuada hacia el sistema de plisado. En la Fig. 34 se puede apreciar el recorrido que tendrán los materiales a través de estos rodillos.

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Fig. 34. Recorrido de las materias primar a través de los rodillos guía.

Los dos primeros rodillos cumplen con el propósito de guiar los materiales hacia los otros dos que cuentan con un recubrimiento en caucho, esta característica les permitirá generar tracción en el conjunto de materias primas. El rodillo inferior estará fijo mientras que el superior será flotante, de tal forma que la fuerza ejercida por la gravedad cumpla con la función de mantener a los materiales en posición.

Fig. 35. Rodillos locos con recubrimiento en caucho.

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En el diseño de este sistema también se tuvo en cuenta que para evitar ya sea el desenrolle excesivo de material o la ruptura del mismo, se debe mantener una tensión adecuada. A continuación se presentan los cálculos realizados para cumplir esta premisa y se deberán tener en cuenta las siguientes notaciones: 𝐸𝑚: Esfuerzo de fractura del conjunto de materias primas. Este valor se toma

como el esfuerzo de fractura de la malla, al ser el material más resistente del conjunto.

𝐹. 𝑆: Factor de seguridad. 𝑟: Radio del rollo de materia prima. 𝑇𝑔: Tensión generada por la cuchilla para halar material. 𝑇𝑚: Tensión ejercida al rollo de malla. 𝑇𝑡: Tensión ejercida al rollo de tela (guata o cambrel) tomado de la ficha técnica

suministrada por el proveedor Coltejer, según el esfuerzo de tracción adecuado para el material (ver anexo V).

𝜏𝑚: Torque que ejerce el freno en los rollos de malla. 𝜏𝑡: Torque que ejerce el freno en los rollos de tela.

Fig. 36. Prueba de resistencia a tracción de la muestra del conjunto de materias primas.

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Para determinar la resistencia a la tracción del conjunto de materias primas, se realizó una prueba de tensión en el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad Autónoma de Occidente. Para dicha prueba se empleó una muestra con un ancho de 80mm y se realizó en la máquina universal de ensayos UTS 200.3 aplicando una precarga de 300N. En la siguiente gráfica se puede observar que el esfuerzo de fractura es de 2033N.

Fig. 37. Gráfica de fuerza vs. desplazamiento de la prueba de resistencia a tracción.

Para iniciar con los cálculos necesarios para este sistema, se tomó el valor obtenido del esfuerzo de fractura y se le aplicó un factor de seguridad de 4 con el propósito de asegurar la integridad de las materias primas ya que esta será la fuerza ejercida por la cuchilla para halar el material.

𝑇𝑔 =𝐸𝑚

𝐹. 𝑆

𝑇𝑔 =2033

4= 508.25𝑁

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Ahora, se aplicará la siguiente fórmula para determinar el control del des embobinado de tela al calcular el torque máximo que deben ejercer los frenos de las materias primas. Se debe tener en cuenta que como se desea que la tensión aplicada al material sea constante y el radio del rollo siempre disminuirá, el torque aplicado por el freno también deberá disminuir.

𝑇 =𝜏

𝑟 (1)

∑ 𝐹 = 0 (2)

𝑇𝑔 − 2𝑇𝑟 − 2𝑇𝑡 = 0

𝑇𝑟 =𝑇𝑔 − 2𝑇𝑡

2= 234.12𝑁

Primero se calculará el torque máximo que aplicarán los frenos en los rollos de malla que tienen un radio de 0.2m.

𝜏 = 𝑇𝑟 ∗ 𝑟

𝜏 = 234.12 ∗ 0.2 = 46.82𝑁𝑚

Ahora se calculará el torque máximo que aplicarán los frenos en el rollo de cambrel que tiene un radio de 0.15m.

𝜏 = 𝑇𝑡 ∗ 𝑟

𝜏 = 20 ∗ 0.15 = 3𝑁𝑚

Y por último se calculará el torque máximo que aplicarán los frenos en el rollo de guata que tiene un radio de 0.5m.

𝜏 = 20 ∗ 0.5 = 10𝑁𝑚

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Con los resultados obtenidos se toma la decisión de emplear frenos magnéticos en cada uno de los rollos. Estos estarían aislados del sistema de control ya que cuentan con su propio lazo cerrado de control con el propósito de regular el torque a ejercer en función del radio medido por el brazo seguidor. Esta variación en el torque permite que la tensión sobre el material sea constante, este es transmitido por medio de correas dentadas a una polea ubicada en el eje que soporta cada rollo. Los valores de torque obtenidos en los cálculos entran en el rango de 0.6-400Nm que es el que permite regular la tecnología de frenos magnéticos.

Fig. 38. Modelo 3D de frenos magnéticos en ejes.

Por último, pensando en facilitar la carga de los rollos de material en los ejes, se tomó la decisión de que estos deberán estar suspendidos de un solo punto. Por tal motivo se resolvió utilizar rodamientos de apoyo, ya que estos soportan cargas radiales altas. De esta forma, cada que sea necesario cargar un nuevo rollo, este se introducirá en el eje y después se asegurará al mismo utilizando cuñas. La sujeción del rollo al eje es muy importante por dos motivos: permitirá transmitir la tracción al rollo y centrarlo en la posición adecuada.

Para seleccionar la referencia de rodamientos óptima para esta aplicación, se realizaron los cálculos que se muestran a continuación. Estos se llevaron a cabo teniendo en cuenta el largo del eje y el peso del rollo de la malla, que es el mayor con un valor de 30kg. El torque radial calculado permitió determinar que la referencia con las especificaciones menos exigentes, 224kN para carga radial dinámica y 315kN para carga radial estática, permite cumplir más que satisfactoriamente con el objetivo de diseño.

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Fig. 39. Diagrama de cuerpo libre del eje para rollos de materia prima.

Para los siguientes cálculos se debe tener en cuenta la siguiente notación:

L: longitud del eje. M: Masa del rollo de material de mayor peso. g: Aceleración de la gravedad. 𝜏: Torque radial.

∑ 𝜏 = 0 (3)

En la fórmula se utilizará la mitad de L por ser la distancia desde el rodamiento hasta el centro de gravedad del eje, punto donde se aplica el peso del rollo más pesado como se observa en la Fig. 39.

𝜏 − (𝑚𝑔 ∗𝐿

2) = 0

𝜏 = 𝑚𝑔 ∗𝐿

2

𝜏 = 30 ∗ 9.8 ∗0.7

2= 102.9𝑁𝑚

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Fig. 40. Modelo 3D de rodamientos.

11.2 DISEÑO DETALLADO DEL SISTEMA DE PLISADO

En búsqueda de la solución más práctica y económica se implementó un diseño de cuchillas que permitiese alcanzar la estandarización del producto terminado. Los puntos más relevantes a tener en cuenta en este sistema son: determinar la secuencia que debe realizar cada una de las cuchillas para completar un pliegue y la fuerza necesaria para lograr deformar el conjunto de materiales provenientes del sistema de alimentación.

Fig. 41. Muestras usadas para ensayos de resistencia a compresión. (a) Muestra filtros 35% eficiencia. (b) Muestra filtros 65% eficiencia.

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Para identificar la fuerza que deben aplicar las cuchillas a la materia prima, se realizaron dos ensayos de resistencia a compresión en el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad Autónoma de occidente con la máquina Instron 3366. Para estas pruebas se utilizaron unos modelos a escala de los conjuntos de materias primas, esto se logró mediante las indicaciones y los materiales suministrados por la empresa Novatexfil S.A. En la Fig. 41 se pueden apreciar los cuatro tipos de muestras fabricadas que se diferencian por su porcentaje de eficiencia y por la malla, de la que se pueden apreciar dos tipos: una electro soldada con recubrimiento en PVC y patrón cuadrado, y la otra tipo zaranda galvanizada con un patrón de rombo.

TABLA VIII

Resumen de parámetros en ensayos de resistencia a compresión

Prueba Muestra Eficiencia (%) Malla Dimensiones

(mm)

1

Mr1 35 Rombo 200 x 100 Mr2 35 Rombo 200 x 100 Mc1 35 Cuadrada 200 x 100 Mc2 35 Cuadrada 200 x 100 Mr3 65 Rombo 200 x 100 Mr4 65 Rombo 200 x 100 Mc3 65 Cuadrada 200 x 100 Mc4 65 Cuadrada 200 x 100

2

Mr5 35 Rombo 200 x 100 Mr6 35 Rombo 200 x 100 Mc5 35 Cuadrado 200 x 100 Mr7 65 Rombo 200 x 100 Mr8 65 Rombo 200 x 100 Mc6 65 Cuadrado 200 x 100

La primera prueba se realizó sometiendo el material a compresión directamente y en la segunda se implementó un soporte de diseño propio que permitió simular la interacción entre dos cuchillas. En la tabla VIII se reúne toda la información importante respecto a los ensayos. Los datos se graficaron haciendo uso del programa Matlab con el objetivo de tenerlos en una forma más sencilla de analizar.

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Fig. 42. Fotografías de ensayo de resistencia a compresión. (a) Pruebas directas entre la máquina y el material. (b) Pruebas utilizando estructura para simular

cuchillas del sistema de plisado. Al observar las gráficas, que se presentan en la Fig. 43, se logró determinar que la fuerza máxima que ejerce la máquina sobre el conjunto de materiales es muy similar entre las dos eficiencias, lo que permite tomar la decisión de no diferenciar la fuerza que la máquina va a aplicar según la eficiencia de filtro que se vaya a fabricar. Además de los porcentajes de eficiencia, la máquina también contará con tres opciones de largo para los filtros (400mm, 500mm, 600mm), por tal motivo se realizan los cálculos necesarios para determinar la fuerza necesaria según el largo de la sección a plegar. Inicialmente se calcula “Y” que es igual a la cantidad de fuerza necesaria por mm de longitud del conjunto.

𝑌 =

𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑚á𝑥 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑐𝑢𝑐ℎ𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠

𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 (4)

𝑌 =120

200= 0.6𝑁/𝑚𝑚

Después se multiplica el factor “Y” por las tres referencias de largo 400mm, 500mm y 600mm obteniendo la fuerza para cada una de ellas F1, F2 y F3 respectivamente.

𝐹1 = 0.6 ∗ 400 = 240𝑁 𝐹2 = 0.6 ∗ 500 = 300𝑁 𝐹3 = 0.6 ∗ 600 = 360𝑁

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Fig. 43. Gráficas desplazamiento vs fuerza de los resultados de los ensayos de resistencia a compresión. (a) Prueba directa con la máquina con muestras al 35%

eficiencia. (b) Prueba directa con la máquina con muestras al 65% eficiencia. (c) Prueba con estructura para simular cuchillas con muestras al 35% eficiencia. (d) Prueba con

estructura para simular cuchillas con muestras al 65% eficiencia.

(A)

(C)

(D)

(B)

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Como se mencionó anteriormente, otro aspecto importante a definir en esta sección es la secuencia de movimientos que deben realizar las cuchillas cíclicamente para lograr los pliegues en los materiales. Dicha secuencia se puede observar en la Fig. 44 desde una vista lateral, ilustrando a su vez como se espera que el conjunto de materiales vaya cambiando su forma. Como se muestra en la imagen, una cuchilla superior y una inferior intercalan su posición mediante movimientos lineales y angulares realizados por medio de actuadores neumáticos, estos son los encargados de entregar la potencia necesaria para efectuar los pliegues, por lo cual la selección de sus especificaciones se basa en los cálculos que siguen a continuación. Para aplicar los movimientos angulares a las cuchillas se diseña un mecanismo flotante que permitirá a los actuadores neumáticos giratorios seguir la posición de estas.

Fig. 44. Secuencia de movimiento de las cuchillas del sistema de plisado para generar pliegues.

Inicialmente se realiza el diagrama de cuerpo libre del cilindro inferior debido a que este es el que debe ejercer una mayor fuerza al tener que levantar también el peso de la cuchilla. Es importante recordar que cada cuchilla del sistema de plisado es accionada por dos cilindros que deben ejercer la misma fuerza.

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Fig. 45. Diagrama de cuerpo libre de cuchilla inferior del sistema del plisado.

Para los siguientes cálculos se debe tener en cuenta la siguiente notación:

𝐹𝑐: Fuerza que ejerce cada cilindro. 𝐹𝑚: Fuerza necesaria para realizar un pliegue. 𝑚: Masa de la cuchilla. 𝑃: Presión. 𝐴: Área del émbolo del cilindro. 𝑟: Radio del émbolo del cilindro. 𝑑: diámetro del émbolo del cilindro.

∑ 𝐹 = 0 (5)

2𝐹𝑐 − 𝑚𝑔 − 𝐹𝑚 = 0

En la ecuación se reemplaza 𝐹𝑚 por 𝐹3, ya que esta es la fuerza necesaria para realizar un pliegue en el filtro de mayor tamaño.

𝐹𝑐 =𝑚𝑔 + 𝐹3

2

La masa de la cuchilla es aproximadamente 8kg. Este valor se extrajo del modelado en el software Solidworks al asignarle el material acero A36.

77

𝐹𝑐 =(8 ∗ 9.8) + 360

2= 219.2𝑁

Ahora, teniendo en cuenta que la presión de la alimentación de aire es de 800000N/m2, se calcula el área del émbolo del cilindro siguiendo el principio de Pascal.

𝐹 = 𝑃 ∗ 𝐴 (6)

𝐴 =𝐹

𝑃

𝐴 =219.2

800000= 0.000274𝑚2 = 2.74𝑐𝑚2

Con la ecuación del área de un circulo se calcula entonces el radio y posteriormente el diámetro que deberá tener el émbolo del cilindro.

𝐴 = 𝜋 ∗ 𝑟2 (7)

𝑟 = √𝐴

𝜋

2

𝑟 = √2.74

𝜋

2

= 0.93𝑐𝑚

𝑑 = 2 ∗ 𝑟 (8)

𝑑 = 2 ∗ 0.93 = 1.86𝑐𝑚

Aplicando un factor de seguridad de 2:

𝑑 = 1.94 ∗ 2.5 = 3.735𝑐𝑚 = 37.35𝑚𝑚

78

Fig. 46. Modelo 3D sistema de plisado.

11.3 SISTEMA DE CORTE

Inicialmente en este sistema se planteó implementar un mecanismo de cizalla simple, pero se teniendo en cuenta la protección de la integridad de los pliegues realizados en la etapa anterior, se decidió que se debía asegurar que el cizallado fuese realizado en un valle del material plisado. Este problema se solucionó implementando dos guías flotantes por medio de rodamientos lineales ubicadas a ambos lados del porta chuchilla de la cizalla, permitiendo centrar la cizalla entre los pliegues y luego dejándola pasar para realizar el corte justo en un valle. Al momento del regreso de la cuchilla dichas guías tendrán unos topes en los rieles, que les permitirán mediante un movimiento lineal estar nuevamente listas para el siguiente corte.

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Fig. 47. Modelo 3D sistema de corte.

Adicionalmente como se puede observar en la Fig. 47 donde está completo el sistema de corte, se implementan dos guías con rodamientos lineales asegurando que el movimiento de la cuchilla sea completamente lineal al tener contacto con el material de corte en un extremo y terminando en el extremo opuesto debido al ángulo que posee la cuchilla, minimizando la superficie de contacto de esta al momento de realizar el corte. A continuación se muestran los cálculos de la fuerza necesaria para realiza el corte y las distancias de separación de la cuchilla estática y móvil.

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Fig. 48. Modelo 3D sistema de centrado de corte.

Para determinar la fuerza que necesita la cizalla para realizar el corte del conjunto de materias primas, se utilizan las siguientes ecuaciones extraídas de [18].

𝑠′ =

ℎ

𝑡𝑎𝑛 𝛿 (9)

𝐹 = 𝐾 ∗ ℎ ∗ 𝑠′ ∗ 𝜏 (10)

Para los siguientes cálculos se debe tener en cuenta las siguientes notaciones:

ℎ: Espesor del material que se cortará. 𝛿: Ángulo de la cuchilla. Se le asigna un valor de 4º [19]. 𝐾: Coeficiente de penetración. Se le asigna un valor de 0.25 [18]. 𝜏: Máxima resistencia a la tracción. Se le asignó el valor obtenido para este

parámetro del material lámina de acero galvanizada mediante la base de datos CES edupack.

𝐹: Fuerza de la cizalla.

𝑠′ = 0.0019

tan 4= 0.00164𝑚

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𝐹 = 0.25 ∗ 0.0019 ∗ 0.00164 ∗ 600000000 = 467.4𝑁

Con este valor de fuerza se halla el diámetro del cilindro usando las ecuaciones 6, 7 y 8.

𝐴 =467.4

800000= 0.0005843𝑚2 = 5.843𝑐𝑚2

𝑟 = √5.843

𝜋

2

= 1.36𝑐𝑚

𝑑 = 2.72𝑐𝑚

El diámetro definitivo se obtiene al aplicar un factor de seguridad de 2.

𝑑 = 5.44𝑐𝑚 = 54.4𝑚𝑚

11.4 ESTRUCTURA

Se plantearon tres estructuras separadas. A continuación se presenta cada una de ellas y las particularidades que se tuvieron en cuenta para su diseño.

11.4.1 Estructura principal

Esta estructura le da soporte a los sistemas de plisado y corte. Se diseñó para ser anclada al piso. Está conformada por una parte interna en ángulos estructurales de 12.7x4.7mm que tendrá el propósito de dar soporte a los actuadores y soportes de las piezas y mecanismos que conforman la máquina. Se decidió que el recubrimiento será en láminas de acero A36 calibre 16 para brindar robustez y durabilidad. Como se puede apreciar en la Fig. 49, se dejaron accesos para instalación, mantenimiento y guardas de protección. Estos accesos tendrán puertas en acrílico para monitorear las piezas mecánicas y su funcionamiento, además de darle un mejor aspecto.

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Fig. 49. Modelo 3D estructura principal.

La estructura inicia con una bandeja central sobre la cual se ubicará el conjunto de materias primas proveniente del sistema de alimentación. Además de recibir el material, también cumplirá con el propósito de generar una reserva de material antes de ingresar al sistema de plisado para permitir la adecuada interacción de las cuchillas con las materias primas. Esta bandeja se extenderá hasta el sistema de corte, donde llegará el material ya procesado.

Fig. 50. Modelo 3D estructura interna.

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En uno de los lados del sistema de corte se ubicarán los sistemas neumáticos y de control, estos tendrán dos accesos, uno para permitir la instalación y mantenimiento de estos sistemas y otro inferior para acceder al cableado y tubería. En la puerta superior se ubicará el panel de control que usará el operario para manipular las funciones de la máquina. Por último, para comunicar el cableado proveniente de sensores, tubería y mangueras del sistema neumático, se decide unir las dos torres principales con un pasa cables con acceso en su cubierta superior.

11.4.2 Estructura del sistema de alimentación

El sistema de alimentación contará con una estructura en aluminio que alojará los rollos de materias primas (mallas y elementos filtrantes). Esta logrará mantener estables los materiales mientras los rollos son desenrollados. Al ser un módulo separado de la estructura principal, también ira anclada al piso para evitar que pierdan la alineación.

Fig. 51. Modelo 3D estructura sistema de alimentación.

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11.4.3 Estructura de salida al final de la línea de producción

Al final de la línea de producción se planteó el diseño de una estructura que se encargue de ir recibiendo los conjuntos de productos ya plisados y cortados, con una capacidad para mantener hasta cuatro conjuntos en línea, permitiendo darle el tiempo necesario al operario para tomarlos e ir ensamblando conjuntos con su respectivo marco para obtener el producto terminado. Adicionalmente esta etapa cuida de que el producto no sea contaminado entre el proceso de plisado y corte y el de ensamblaje.

Fig. 52. Modelo 3D estructura de salida al final de la línea de producción. (a)

rodillo. (b) Soportes rodillo. (c) Estructura completa.

La estructura se diseñó con un sistema de rodillos locos con un diámetro de 50 mm, de tal forma que mientras los conjuntos procesados estén saliendo, se vayan moviendo hacia al fondo. Los rodillos tendrán un recubrimiento en teflón con el propósito de evitar la fricción, además los espacios entre los rodillos estarán cubiertos por tres láminas seccionadas a lo largo de la estructura que evitarán que

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los conjuntos se inserten en dichos espacios comprometiendo sus pliegues. Se decidió seccionarla en tres láminas para facilitar el cambio o mantenimiento de los rodillos, ya que estos están soportados sobre platinas a ambos lados de la estructura. 11.5 SISTEMA ELECTRO NEUMÁTICO

En este sistema se tomó la decisión de implementar válvulas bi-estables con accionamiento eléctrico, teniendo en cuenta especificaciones básicas como las fuentes de alimentación que para el aire sería de una presión 8bar y la eléctrica de 24V de corriente continua. El procesamiento de la información para el control se realizará mediante un PLC. Los planos electro-neumáticos de la máquina se encuentran registrados en los anexos L a S. La máquina cuenta con sensores capacitivos encargados de determinar el estado de las materias primas, la alineación de las mismas en la entrada del sistema de plisado y uno para identificar que la estructura de final de línea se ha llenado y, por ende, se debe detener el proceso de fabricación hasta que el operario retire los conjuntos ya procesados. La ubicación de estos sensores se puede observar en la Fig. 53 representados por las extrusiones rojas.

Fig. 53. Ubicación de sensores. (a) Sensor de estado del rollo de materia prima. (b) Sensores alineación de materias primas.

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Los actuadores tendrán sensores magnéticos para identificar la posición de sus émbolos y permitir los cambios de estado dentro del automatismo. Teniendo en cuenta que en el sistema de plisado tanto ambos cilindros superiores e inferiores trabajan simultáneamente, se emplean dos sensores en uno de los cilindros superiores y tres en el cilindro inferior que tiene tres posiciones, con el propósito de disminuir los costos. En todas las puertas de acceso y guardas de seguridad estarán ubicados interruptores de límite que permitirán monitorear el estado de las mismas, generando la activación de protocolos de paro en el proceso dependiendo de dicho estado. Sus ubicaciones son: Sistema de plisado: puertas de acceso a derecha e izquierda y guardas delanteras superior e inferior y traseras superior e inferior. Sistema de corte: puertas de acceso central a derecha e izquierda. Final de línea: guarda de final de línea. El panel de control contiene interruptores selectores, pulsadores y módulos de 7 segmentos, la configuración de la posición de estos elementos será detallara en sistema de control. Por otro lado, la distribución de los actuadores y las válvulas implementadas se puede observar en el siguiente diagrama diseñado por medio del programa de simulación de Festo Fluidsim, teniendo en cuenta que se determinó que todo lo concerniente al sistema neumático sería adquirido por medio de esta empresa.

Fig. 54. Distribución de válvulas y actuadores.

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Los cilindros de doble efecto A1 y A2 son los encargados de aportar el movimiento lineal de la cuchilla superior en el sistema de plisado, estos funcionan simultáneamente y su posición está determinada por la misma válvula 5/2 biestable, que cuenta con accionamiento eléctrico servopilotado. Los cilindros de tres posiciones B1 y B2 se encargarán de generar el movimiento lineal de la cuchilla inferior del sistema de plisado, sus tres posiciones son: completamente dentro, posición intermedia y totalmente fuera. Dichas posiciones son utilizadas según el espesor de filtro a fabricar siendo la posición intermedia para filtros de 50mm y la posición totalmente fuera para filtros de 100mm. Estos dos cilindros serán controlados por otra válvula 5/2 con las mismas especificaciones que los cilindros "A" y será la encargada de mover al cilindro a la posición totalmente fuera. Adicionalmente se implementa una válvula bidireccional de control de presión que reduce la presión de esta línea a 4bar con lo que permite el normal funcionamiento de la válvula 3/2 encargada de realizar el movimiento del cilindro a la posición intermedia. Esta última válvula igualmente es biestable con accionamiento eléctrico servopilatado. Los actuadores giratorios "CA" y "CB" encargados de realizar el movimiento angular de ambas cuchillas y el cilindro de doble efecto "D" que es el encargado de dar movimiento a la cizalla del sistema de corte, estarán controlados cada uno por una válvula 5/2 con las mismas especificaciones que las anteriores. Por último, se determinó el consumo de aire total del sistema, siendo información muy importante para el debido funcionamiento de la máquina y selección del equipo necesario para la fuente de alimentación de aire comprimido. Esto se logró mediante los siguientes cálculos matemáticos. Se utilizaron las siguientes fórmulas y notaciones: 𝐷: Diámetro del émbolo del cilindro. 𝑑: Diámetro del vástago del cilindro. 𝐿: Recorrido del cilindro. 𝑃𝑎𝑏𝑠: Presión absoluta. 𝑃𝑎𝑡𝑚: Presión atmosférica. 𝑃𝑚𝑎𝑛: Presión manométrica. 𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒: Volumen de aire. 𝐶: Consumo de aire. 𝑛: ciclos por unidad de tiempo. Volumen de la cámara posterior:

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𝑉1 =𝜋𝐷2

4∗ 𝐿

(11)

Volumen de la cámara anterior: 𝑉2 =

𝜋

4∗ (𝐷2 − 𝑑2) ∗ 𝐿 (12)

Volumen del cilindro: 𝑉𝑐𝑖𝑙 = 𝑉1 + 𝑉2 (13)

𝑃𝑎𝑏𝑠 ∗ 𝑉𝑐𝑖𝑙 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 ∗ 𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑚𝑎𝑛 ∗ 𝑃𝑎𝑡𝑚

Suponiendo una presión atmosférica de 1kg/cm2:

𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 =

(𝑃𝑚𝑎𝑛 + 1) ∗ 𝑉𝑐𝑖𝑙

𝑃𝑎𝑡𝑚

(14)

𝐶 = 𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑛 (15)

Primero se calcula el número de ciclos por unidad de tiempo sabiendo que se necesitan 20conjuntos/h. Esto es igual a 0.33conjuntos/min y se hacen dos ciclos por pliegue. El filtro con mayor cantidad de pliegues es de 24, por lo tanto se toma como referencia para el siguiente cálculo:

𝑛 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑙𝑖𝑒𝑔𝑒𝑢𝑒𝑠 ∗ 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑙𝑖𝑒𝑔𝑢𝑒 ∗ 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (16)

𝑛 = 24 ∗ 2 ∗ 0.33 = 15.84𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠/𝑚𝑖𝑛

Ahora se calcula el consumo de aire de cada uno de los actuadores utilizando las ecuaciones 11-15.

Para los cilindros de doble efecto de dos posiciones del sistema de plisado se utilizaron los siguientes valores: D=3.2cm, d=1.2cm, L=12.4cm, 𝑃𝑚𝑎𝑛=5.62kg/cm2.

89

𝑉1 = 99.72𝑐𝑚3

𝑉2 = 85.69𝑐𝑚3

𝑉𝑐𝑖𝑙 = 185.41𝑐𝑚3

𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 = 1227.41𝑐𝑚3 = 1.227𝑙

𝐶 = 19442.1𝑐𝑚3/𝑚𝑖𝑛 = 19.44𝑙/𝑚𝑖𝑛

Para los cilindros de doble efecto de tres posiciones del sistema de plisado se utilizaron los mismos valores anteriores excepto L, que tendrá un valor de 12.9cm.

𝐶 = 20225.46𝑐𝑚3/𝑚𝑖𝑛 = 20.22𝑙/𝑚𝑖𝑛

Para los cilindros de doble efecto de dos posiciones del sistema de corte se utilizaron los siguientes valores: D=6.3cm, d=2cm, L=25cm.

𝐶 = 155192.87𝑐𝑚3/𝑚𝑖𝑛 = 155.19𝑙/𝑚𝑖𝑛

En el caso de los actuadores giratorios el valor del consumo de aire por carrera se tomó de la ficha técnica del dispositivo y se utilizó para calcular la rata de consumo de aire.

𝑐 = 18𝑐𝑚3/𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎

𝐶 = 18 ∗ 15.84 = 285.12𝑐𝑚3/ min = 0.28𝑙/𝑚𝑖𝑛

Debido a que en el inicio del sistema y las paradas de emergencia todos los actuadores funcionan al tiempo, el consumo de aire total de la máquina se calculó mediante la sumatoria del consumo de cada uno de ellos.

𝐶𝑡 = (𝑐𝑖𝑙. 𝑝𝑙𝑖𝑠.∗ 2) + (𝑐𝑖𝑙. 3 𝑝𝑜𝑠.∗ 2) + 𝑐𝑖𝑙. 𝑐𝑖𝑧𝑎𝑙𝑙𝑎 + (𝑎𝑐𝑡. 𝑔𝑖𝑟.∗ 2) (17)

𝐶𝑡 = (19.44 ∗ 2) + (20.22 ∗ 2) + 155.19 + (285.12 ∗ 2) = 235.09𝑙/𝑚𝑖𝑛

Por último, se aplica un factor de seguridad de 2.

𝐶𝑡 = 470.18𝑙/𝑚𝑖𝑛

11.6 SISTEMA DE CONTROL

A continuación se evidenciará el código creado para el sistema de control, este se presentará por partes mientras se explican las decisiones tomadas en cada caso. Como ya se ha mencionado anteriormente un PLC será el encargado de realizar la recepción y procesamiento de los datos. El código completo se podrá encontrar en

90

el anexo T. Antes de profundizar en la programación, se presentan las tablas con las entradas, marcas y salidas del PLC, que aparecen en las diferentes partes del código.

TABLA IX

Entradas del PLC

NOMBRE PROCEDENCIA TIPO VARIABLE

DIRECCIÓN LOGICA DESCRIPCIÓN

STR1 SENSORES Bool %I0.0 SENSOR TERMINADO ROLLO 1 STR2 SENSORES Bool %I0.1 SENSOR TERMINADO ROLLO 2 STR3 SENSORES Bool %I0.2 SENSOR TERMINADO ROLLO 3 STR4 SENSORES Bool %I0.3 SENSOR TERMINADO ROLLO 4 AAD SENSORES Bool %I0.4 ALINEACION ALIMENTACION

DERECHA AAI SENSORES Bool %I0.5 ALINEACION ALIMENTACION

IZQUIERDA S1 SENSORES Bool %I0.6 CILINDRO A DENTRO S2 SENSORES Bool %I0.7 CILINDRO A FUERA S3 SENSORES Bool %I1.0 CILINDRO B DENTRO S4 SENSORES Bool %I1.1 CILINDRO B MEDIO S5 SENSORES Bool %I1.2 CILINDRO B FUERA S6.1 SENSORES Bool %I1.3 ANGULAR CA 0 S6.2 SENSORES Bool %I1.4 ANGULAR CA 10 S7.1 SENSORES Bool %I1.5 ANGULAR CB 0 S7.2 SENSORES Bool %I1.6 ANGULAR CB 10 S8 SENSORES Bool %I1.7 CIZALLA DENTRO S9 SENSORES Bool %I2.0 CIZALLA FUERA SFL SENSORES Bool %I2.1 SENSOR FINAL DE LINEA GDSP SENSORES Bool %I2.2 GUARDA DELANTERA SUPERIOR

PLISADO GDIP SENSORES Bool %I2.3 GUARDA DELANTERA INFERIOR

PLISADO GTSP SENSORES Bool %I2.4 GUARDA TRASERA SUPERIOR

PLISADO GTIP SENSORES Bool %I2.5 GUARDA TRASERA INFERIOR

PLISADO GS SENSORES Bool %I2.6 GUARDA SALIDA

91

TABLA IX (Continuación)


DIRECCIÓN LOGICA

DESCRIPCIÓN

PAPD SENSORES Bool %I2.7 PUERTA ACCESO PLISADO DERECHA

PAPI SENSORES Bool %I3.0 PUERTA ACCESO PLISADO IZQUIERDA

PACD SENSORES Bool %I3.1 PUERTA ACCESO CIZALLA DERECHA

PACI SENSORES Bool %I3.2 PUERTA ACCESO CIZALLA IZQUIERDA

PACC SENSORES Bool %I3.3 PUERTA ACCESO CIZALLA CENTRAL AUTO MANDO Bool %I3.4 MODO AUTOMATICO MAN MANDO Bool %I3.5 MODO MANUAL CL MANDO Bool %I3.6 MODO CICLOS ET MANDO Bool %I3.7 MODO ETAPAS L40 MANDO Bool %I4.0 40 CM LARGO L50 MANDO Bool %I4.1 50 CM LARGO L60 MANDO Bool %I4.2 60 CM LARGO C10 MANDO Bool %I4.3 FABRICAR 10 UNIDADES C20 MANDO Bool %I4.4 FABRICAR 20 UNIDADES C30 MANDO Bool %I4.5 FABRICAR 30 UNIDADES C40 MANDO Bool %I4.6 FABRICAR 40 UNIDADES EF2 MANDO Bool %I4.7 FILTRO DE ESPESRO 2 EF4 MANDO Bool %I5.0 FILTRO DE ESPESOR 4 ON MANDO Bool %I5.1 ENCENDIDO LLAVE FOR MANDO Bool %I5.2 EVITA PARADA TECNICA FALTA

MATERIA PRIMA IS MANDO Bool %I5.3 INICIO DEL SISTEMA ARRANQUE MANDO Bool %I5.4 ARRANQUE PE MANDO Bool %I5.5 PARADA DE EMERGENCIA R MANDO Bool %I5.6 REARME DE EMERGENCIA P1 MANDO Bool %I5.7 MANUAL A ENTRA P2 MANDO Bool %I6.0 MANUAL A SALE P3 MANDO Bool %I6.1 P3 Y P3.1 MANUAL B POSICION 1 P3.1 MANDO Bool %I6.2 P 3.1 Y P3 MANUAL B POSICION 1 P4 MANDO Bool %I6.3 P4 Y P3 MANUAL B POSICION 2 P5 MANDO Bool %I6.4 MANUAL B POSICION 3 P6.1 MANDO Bool %I6.5 MANUAL ROTACIONAL A POSICION 1 P6.2 MANDO Bool %I6.6 MANUAL ROTACIONAL A POSICION 2 P7.1 MANDO Bool %I6.7 MANUAL ROTACIONAL B POSICION 1 P7.2 MANDO Bool %I7.0 MANUAL ROTACIONAL B POSICION 2 P8 MANDO Bool %I7.1 MANUAL CIZALLA ENTRA P9 MANDO Bool %I7.2 MANUAL CIZALLA SALE BP MANDO Bool %I7.3 PASO DE ETAPA DCY MANDO Bool %I7.4 PASO DE CICLO

92

TABLA X

Marcas del PLC


DIRECCION LÓGICA DESCRIPCION

ET0 ETAPAS Bool %M0.0 ETAPA 0 ET1 ETAPAS Bool %M0.1 ETAPA 1 ET2 ETAPAS Bool %M0.2 ETAPA 2 ET3 ETAPAS Bool %M0.3 ETAPA 3 ET4 ETAPAS Bool %M0.4 ETAPA 4 ET5 ETAPAS Bool %M0.5 ETAPA 5 ET6 ETAPAS Bool %M0.6 ETAPA 6 ET7 ETAPAS Bool %M0.7 ETAPA 7 ET8 ETAPAS Bool %M1.0 ETAPA 8 ET9 ETAPAS Bool %M1.1 ETAPA 9 ET10 ETAPAS Bool %M1.2 ETAPA 10 ET11 ETAPAS Bool %M1.3 ETAPA 11 ET12 ETAPAS Bool %M1.4 ETAPA 12 ET13 ETAPAS Bool %M1.5 ETAPA 13 ET14 ETAPAS Bool %M1.6 ETAPA 14 ET15 ETAPAS Bool %M1.7 ETAPA 15 ET16 ETAPAS Bool %M2.0 ETAPA 16 ET17 ETAPAS Bool %M2.1 ETAPA 17 ET18 ETAPAS Bool %M2.2 ETAPA 18 ET19 ETAPAS Bool %M2.3 ETAPA 19 ET20 ETAPAS Bool %M2.4 ETAPA 20 ET21 ETAPAS Bool %M2.5 ETAPA 21 ET30 ETAPAS Bool %M2.6 ETAPA 30 ET31 ETAPAS Bool %M2.7 ETAPA 31 ET32 ETAPAS Bool %M3.0 ETAPA 32 ET40 ETAPAS Bool %M3.1 ETAPA 40 ET41 ETAPAS Bool %M3.2 ETAPA 41 ET42 ETAPAS Bool %M3.3 ETAPA 42 ET43 ETAPAS Bool %M3.4 ETAPA 43 LF40 MANDO Bool %M3.5 FILTRO 40 cm LARGO LF50 MANDO Bool %M3.6 FILTRO 50 cm LARGO LF60 MANDO Bool %M3.7 FILTRO 60 cm LARGO CF10 MANDO Bool %M4.0 10 FILTROS A FABRICAR CF20 MANDO Bool %M4.1 20 FILTROS A FABRICAR CF30 MANDO Bool %M4.2 30 FILTROS A FABRICAR CF40 MANDO Bool %M4.3 40FILTROS A FABRICAR ET50 ETAPAS Bool %M4.4 ETAPA 50 ET51 ETAPAS Bool %M4.5 ETAPA 51 ET52 ETAPAS Bool %M4.6 ETAPA 52

#DECIMAL40 CONTADORES Int %MW10 SALIDA CONTADOR DE 40 UNIDADES

#BCD CONTADORES Word %MW12 INT A BCD DE SALIDA CONTADOR

#SALIDA CONTADORES DWord %MD14 SALIDA CANTIDAD DE FILTROS PARA 7 SEGMENTOS

UNIDADES CONTADORES Byte %MB17 UNIDADES TOMADAS DE #SALIDA

DECENAS CONTADORES Byte %MB16 DECENAS TOMADAS DE #SALIDA

93

TABLA X (Continuación)


DIRECCION LÓGICA

DESCRIPCION

CE_BCD VISUALIZACIÓN Word %MW20 CODIGO DE ESTADO A BCD

CE_0 VISUALIZACIÓN Byte %MB20 BYTE 0 DEL CODIGO DE ESTADO

CE_1 VISUALIZACIÓN Byte %MB21 BYTE 1 DEL CODIGO DE ESTADO

CE VISUALIZACIÓN Int %MW18 CODIGO DE ESTADO

Tag_1 VISUALIZACIÓN Bool %M50.0 ACTIVACION DE DISPLAY DE ESTADO

Tag_2 VISUALIZACIÓN Bool %M50.1 ACTIVACION DE A1 EN FUNCIONAMIENTO

ET22 ETAPAS Bool %M4.7 ETAPA 22

#DECIMAL10 VISUALIZACIÓN Int %MW30 SALIDA CONTADOR 10 UNIDADES



#DECIMAL VISUALIZACIÓN Int %MW70 SALIDA SELECTOR DE CONTADOR

ACTIVACION CONTADOR VISUALIZACIÓN Bool %M50.2 ACTIVACION DE CONTADOR

TABLA XI

Salidas del PLC

SALIDAS PLC NOMBRE PROCEDENCIA TIPO

VARIABLE DIRECCIÓN

LÓGICA DESCRIPCIÓN

Y1 SALIDAS Bool %Q0.0 SOLENOIDE A ENTRA Y2 SALIDAS Bool %Q0.1 SOLENOIDE A SALE Y3 SALIDAS Bool %Q0.2 SOLENOIDE B ENTRA Y3.1 SALIDAS Bool %Q0.3 SOLENOIDE B ENTRA Y4 SALIDAS Bool %Q0.4 SOLENOIDE B SALE MEDIO Y5 SALIDAS Bool %Q0.5 SOLENOIDE B SALE COMPLETO Y6.1 SALIDAS Bool %Q0.6 SOLENOIDE CA 0 Y6.2 SALIDAS Bool %Q0.7 SOLENOIDE CA 10 Y7.1 SALIDAS Bool %Q1.0 SOLENOIDE CB 0 Y7.2 SALIDAS Bool %Q1.1 SOLENOIDE CB 10 Y8 SALIDAS Bool %Q1.2 SOLENOIDE D ENTRA Y9 SALIDAS Bool %Q1.3 SOLENOIDE D SALE UNIDADES_SALIDA

CONTADORES FILTROS

Byte %QB2 SALIDA DEL PLC CON UNIDADES

DECENAS_SALIDA

CONTADORES FILTROS

Byte %QB3 SALIDA DEL PCL CON DECENAS

DISPLAY_1 CODIGOS ESTADO

Byte %QB4 SALIDA DEL PLC A 7 SEGMENTOS

DISPLAY_2 CODIGOS ESTADO

Byte %QB5 SALIDA DEL PLC A 7 SEGMENTOS

94

Como se determinó en el diseño del sistema electroneumático, el panel de control será análogo en su totalidad empleando pulsadores e interruptores, esto reducirá costos y simplificará el desarrollo y mantenimiento del código. En primer lugar, se presenta un diagrama de estado-tiempo para mostrar el comportamiento de los actuadores, lo que se toma como base para empezar a desarrollar el automatismo que regirá a la máquina. En la línea de tiempo del cilindro “B” se pueden observar dos líneas de distinto color, esto se debe a que cada color representa uno de los espesores de filtros que la máquina estará en capacidad de fabricar.

Fig. 55. Diagrama estado-tiempo de las funciones de la máquina.

El proceso de fabricación se da de la siguiente manera: hasta la marca de tiempo 1 se realiza el enhebrado de la máquina y a partir de este punto empezaría el automatismo en bucles determinados por los números de pliegues y cantidad de filtros a fabricar, la marca de tiempo 2 es el final del ciclo de un pliegue. El tiempo que transcurre entre las marcas 2 y 3 corresponde a la realización de la cantidad de pliegues especificada según el tamaño del filtro. Al alcanzar ese número de pliegues se detendría el plisado e iniciaría el corte de un conjunto que sucede entre las marcas de tiempo 3 y 4. Al llegar a este punto se iniciaría el siguiente bucle desde la marca uno a la cuatro hasta que se realice la cantidad de filtros que se especificó al inicio del proceso. A continuación se presenta el funcionamiento general y los diferentes protocolos de control de una forma más gráfica, utilizando diagramas grafcet.

95

11.6.1 Protocolo principal

Este protocolo es el más importante ya que en él se desarrolla el automatismo de plisado y corte de conjuntos. En este se encuentra la selección de modo de funcionamiento según la maniobra necesitada por el operario, los modos existentes son: automático, manual, ciclo a ciclo y etapa a etapa. El modo automático permite que el operario determine las especificaciones del filtro y la cantidad de conjuntos que se fabricarán, con lo cual la máquina se encargará de entrar en producción. Siempre y cuando no se encuentre una falla o parada de emergencia, esta realizará la cantidad solicitada y se detendrá.

Por otro lado, en el modo manual el operario tendrá la libertad de manipular todos los actuadores dentro de la máquina para realizar pruebas o maniobras especiales, esto mediante pulsadores que cambiarán de posición a los actuadores. Este modo permite realizar el enhebrado de la máquina. El modo ciclo a ciclo permite que el operario, al igual que en el automático, determine las mismas especificaciones del producto final, pero la máquina realizará un ciclo de pliegue y se detendrá hasta que el operario de señal con un pulsador de volver a realizar un único pliegue y esperar, siguiendo así hasta realizar el número de pliegues necesarios según el largo del filtro. Una vez se dé dicha condición, se realizará el corte del filtro y nuevamente la máquina entrará en reposo, siempre a la espera de la señal del operario para realizar un nuevo pliegue. Por último en el modo etapa a etapa, como lo dice su nombre, por cada pulso del operario se generará la activación de una de las etapas del ciclo descrito en las Fig. 56 a 58, hasta terminar los filtros solicitados.

Fig. 56. Grafset protocolo principal, parte 1.

96

El diagrama de la Fig. 56 muestra una decisión inicial que genera dos líneas, una por la etapa 1 y la otra por la etapa 9, dichas líneas corresponden a los dos espesores de filtro que se pueden fabricar y su diferencia es la posición en la que debe trabajar el cilindro de 3 posiciones, por lo tanto esta decisión es tomada en función de la configuración del operario en el interruptor correspondiente (EF2 o EF4). Además para que se pueda dar arranque de producción la máquina deberá estar en posición de enhebrado.


En la Fig. 57 se evidencia la toma de decisiones según la condición del contador de cantidad de pliegues, el cual se incrementa en la etapa 17 después de haber terminado un ciclo. Si la cantidad en el contador es igual que la solicitada por el operario según el largo del filtro a fabricar, se procede a realizar un corte, pero si aún no es igual se reiniciará el bucle en la etapa 1 o 9 según sea el caso.

97


En la etapa 20 después de haber realizado el corte de un conjunto terminado se reinicia el contador de pliegues y se incrementa el contador de conjuntos terminados. En este punto se empieza a evaluar el contador de conjuntos terminados en función de la cantidad de filtros a fabricar configurada por el operario, si es igual, la máquina regresará a la posición inicial donde todos los actuadores se encuentran dentro, sino se retornará nuevamente a la etapa 1 o 9 según sea el caso y empezará un nuevo bucle de pliegues. Una vez se llegue a la etapa 21, la máquina se quedará en reposo a la espera de que el operario dé una señal de reinicio(R). Esto generará que el contador de conjuntos se reinicie y llevará la máquina nuevamente a la etapa 0 a la espera de una nueva configuración de producción. 11.6.2 Protocolo de modo manual

Las etapas iniciales de cada protocolo son activadas con una señal en el pulsador de “inicio del sistema” y con la marcha activa. En el caso del modo manual, se activará la etapa 42 que se encargará de reiniciar todos los contadores y además, de llevar la máquina a su posición inicial y detenerse en la etapa 43, la cual es una etapa estacionaria en la que no se realiza ninguna acción. En este punto el sistema estaría a la espera de que se active el modo manual, esto siendo posible si no está activa la etapa 32 de paro de emergencia. Una vez se entra en la etapa 41 de modo manual, el sistema se fuerza a volver a la etapa 0 y se condicionan las activaciones de todos los actuadores según el pulsador que sea oprimido. Para salir de este modo bastaría con modificar el modo de operación y se regresaría a la etapa 43.

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Fig. 59. Grafset protocolo modo manual.

11.6.3 Protocolo parada de emergencia

Este protocolo de seguridad inicia en la etapa 30 que se habilita con la activación del sistema. Esta se encargará de monitorear el estado del interruptor de parada de emergencia que en estado normal llevará a la activación de la etapa 31 (etapa estacionaria), y no generará ninguna acción. Si se genera un cambio en el estado de dicho interruptor, se activaría la etapa 32 que se encarga de forzar primero a que se desactiven todas las etapas y posteriormente a que se activen solo las etapas 0 y 40. Esto significa que la máquina entraría en la etapa 42 llevando la máquina a su posición inicial. El sistema quedará en esta etapa hasta que se desactive el interruptor de parada de emergencia y además que el operario oprima el pulsador de reinicio desactivando esta etapa y activando la 31 nuevamente.

99

Fig. 60. Grafset protocolo parada de emergencia.

11.6.4 Protocolo de detección de fallas

Este protocolo inicia en la etapa 50 (etapa estacionaria) que es activada con el inicio del sistema y permanecerá en esta hasta que una de las dos posibles situaciones se presente. En la primera situación del protocolo si algún sensor de alineamiento de materia prima, un sensor del final de línea o el sensor de alguna de las puertas o guardas cambia su estado, se activaría la etapa 52. En esta el sistema entrará en pausa y retomará la producción una vez todos estos sensores estén desactivados y el operario de una señal de reinicio generando que el sistema retorne a la etapa 50. En la segunda situación del protocolo, si alguno de los sensores de terminado de material cambia su estado, se activaría la etapa 51 provocando que la máquina regrese forzadamente a la etapa 0, pare el funcionamiento, vaya a posición inicial y reinicie el contador de pliegues. Si en este punto la materia prima no se ha terminado por completo, el operario contaría con un interruptor de forzado que se encargaría de retirar al sistema de este estado y permitir que en modo ciclo a ciclo el operario termine el material y realice el reemplazo del rollo terminado por uno nuevo.

100

Fig. 61. Grafset protocolo de detección de fallas.

11.7 INTERFAZ USUARIO – MÁQUINA

Fig. 62. Interfaz usuario-máquina.

101

En la Fig. 62 se presenta el panel de control. Este será el modo en que el operario de comunicará con la máquina y en él se pueden diferenciar seis áreas. En el área de información se encuentra un display siete segmentos doble que lleva el nombre “códigos de estado”. En este se presentarán los diferentes códigos que podrán ser consultados en la lista que estará disponible cerca al panel de control, dicha lista se representa en este documento por la tabla XII. Como se puede observar, los primeros dos códigos corresponden a estados comunes de la máquina, mientras que los demás son mensajes de alerta o error.

TABLA XII

Interpretación de códigos de estado

Códigos de estado Estado Código

En funcionamiento A1 Proceso terminado AF Parada de emergencia PE Producto retenido en final de línea E1 Alineamiento derecho materia prima E2 Alineamiento izquierdo materia prima E3 Rollo 1 terminado C1 Rollo 2 terminado C2 Rollo 3 terminado C3 Rollo 4 terminado C4 Guarda delantera superior plisado abierta G1 Guarda delantera inferior plisado abierta G2 Guarda trasera superior plisado abierta G3 Guarda trasera inferior plisado abierta G4 Guarda de salida G5 Puerta acceso plisado derecha abierta P1 Puerta acceso plisado izquierda abierta P2 Puerta acceso corte derecha abierta P3 Puerta acceso corte izquierda abierta P4 puerta acceso corte central abierta P5

A continuación se podrán observar los siguientes protocolos: Inicio de la máquina, enhebrado de materias primas, producción y parada de emergencia. Se presentan en el mismo orden en que han sido nombrados y mediante la implementación de

102

diagramas de flujo. El propósito de estas representaciones es mostrar de una forma más amigable los algoritmos que debería seguir el operador para lograr los procedimientos más básicos de la máquina.

Fig. 63. Diagrama de flujo inicio de máquina.

103

Fig. 64. Diagrama de flujo enhebrado de materias primas.

104

Fig. 65. Diagrama de flujo producción

105

Fig. 66. Diagrama de flujo parada de emergencia.

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12. VALIDACIÓN

Con la finalidad de comprobar que el objetivo principal del proyecto se cumpla, en el cual se planteó el diseño de la máquina para que pudiese fabricar conjuntos de filtros listos para ser ensamblados según tres tipos de especificaciones de tamaño y dos de espesor, y que a su vez cumpliese con una rata de producción de 20 conjuntos/hora, se realizaron las simulaciones del sistema electro neumático y de control mediante los programa fluidsim de Festo y tia portal y plcsim de Siemens respectivamente. A continuación se muestran los resultados obtenidos. 12.1 SIMULACIÓN DEL SISTEMA ELECTRO-NEUMÁTICO

En esta simulación se incluyeron todos los actuadores y válvulas que tendrá la máquina con sus respectivos sensores y solenoides. Para lograr simular todas las posibles situaciones relacionadas al proceso de fabricación, con las diferentes especificaciones de filtros a fabricar y las protecciones de seguridad implementadas, los demás componentes se representaron por medio de pulsadores e interruptores. Se configuraron los actuadores con los recorridos y diámetros de émbolos obtenidos. También se aplicó la fuerza necesaria para realizar los pliegues según las pruebas obtenidas en el laboratorio y los cálculos realizados. Las válvulas y fuentes de aire se configuraron según los caudales obtenidos y la presión empleada en los cálculos del diseño detallado. Dichas configuraciones pueden ser verificadas en los archivos anexos de fluidsim. Para lograr comunicar la parte electro-neumática con el simulador del PLC de Siemens, se implementan puertos de entrada y salida por los cuales se envía la información del estado de sensores, pulsadores e interruptores, siendo los puertos de salida numerados de EB0 a EB7 las entradas al PLC virtual, y los puertos de entrada numerados de AB0 a AB5 las salidas que entrega el PLC para dar activación a los actuadores implementados. En la Fig. 67 se pueden observar algunos de los módulos, cada uno de ellos permite la comunicación directa con un byte de espacio de memoria del PLC, y para ser usados se implementa una comunicación OPC que permite que la comunicación entre fluidsim y PLCs Siemens de la serie S7.

107

Fig. 67. Puertos de entrada y salida del PLC virtual.

12.2 SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

El código ladder que se implementó está dentro de los archivos de tia portal que se encuentran en el anexo T. Estos se cargan en el simulador plcsim y desde esta plataforma se monitorear los cambios de etapas del sistema. Para esta validación es importante tener en observación tanto los contadores de pliegues como los de cantidad de conjuntos terminados.

Fig. 68. Lista de contadores.

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En la Fig. 69, por ejemplo, se observa el contador de la cantidad de pliegues realizados cuando el operador ha seleccionado el tamaño de 600mm. Entre sus entradas “PV” representa el valor de referencia al que debe llegar el contador antes de reiniciar y el estado del contador en tiempo real se puede observar mediante el número escrito encima de la dirección de memoria del contador, siendo en este caso “%DB3”.

Fig. 69. Ejemplo representación de contador dentro del código.

12.3 PRUEBAS DE TIEMPO DE PRODUCCIÓN

Con la configuración adecuada y ambas simulaciones en funcionamiento, desde la interfaz de fluidsim se realizan los mismos pasos que tendría que realizar un operario para poner en producción la máquina, estos estarán listados a continuación para realizar la fabricación de dos referencias de filtros. Con estas simulaciones se realizaron pruebas de tiempo de producción para los conjuntos más grandes y para los más pequeños. Procedimiento para la puesta en marcha de la máquina para la fabricación de conjuntos de 600mm largo y espesor de 100mm:

a. Activar el interruptor de ON. b. Pulsar IS para iniciar el sistema (dejando a la máquina en posición inicial). c. Activar el interruptor de MAN.

109

d. Pulsar P2 y P5 (proceso de enhebrado). e. Desactivar MAN y activar AUTO. f. Activar L60, C20 y EF4 (especificaciones del filtro). g. Pulsar START.

Para el procedimiento de puesta en marcha para la fabricación de conjuntos de 400mm de largo y espesor de 50mm se deben variar los siguientes pasos: d. Pulsar P2 y P4. f. Activar L40, C20 y EF2. Inmediatamente después de pulsar “START” se inicia un cronometro que permitirá medir los tiempos en simulación, se tiene en cuenta que esta no es en tiempo real completamente pues mientras se está realizando la simulación, fluidsim indica el porcentaje de tiempo real a la que está corriendo funcionando y para este caso se obtuvieron porcentajes entre el 70% y 80%. 12.3.1 Resultados

En la siguiente tabla se pueden observar los resultados obtenidos de las dos simulaciones. Con la prueba se obtuvo el tiempo total de fabricación de los 20 conjuntos y con dicha información se calculó el tiempo de producción por conjunto en cada caso.

TABLA XIII

Resultados pruebas de tiempo de producción

Prueba conjuntos 600mm largo

Prueba conjuntos 400mm de largo

Tiempo por conjunto (min) 3.3 2 Tiempo por 20 conjuntos (min) 66 40

Es importante resaltar que estos resultados tienen como propósito validar el tiempo de producción que se propuso como meta dentro de este proyecto, pero adicionalmente con todo este proceso se pusieron a prueba todos los protocolos y modos de funcionamiento de la máquina, encontrando que todos funcionan según lo esperado.

110

13. ANÁLISIS FINANCIERO

Este capítulo contiene el presupuesto de elaboración de la máquina y su respectivo análisis de aplicación en la empresa. Se llevó a cabo con el propósito de estimar el impacto que tendrá la implementación de este proyecto en la empresa Novatexfil S.A.

Teniendo definidos los parámetros que debe cumplir la máquina a partir del diseño de detalle, se seleccionaron los componentes y materiales que la conforman. A cada uno de estos se le realizó un proceso de cotización que se puede evidenciar en el anexo U. Estas cotizaciones permitieron estimar el costo del sistema diseñado y mostrar a detalle los costos y cantidades de dichos elementos y a su vez los costos de sub procesos de fabricación empleados, viéndose esto último reflejado en la fabricación de las piezas mecánicas y estructuras que fueron cotizadas por una empresa de metalmecánica.

13.1 COSTOS DE MONTAJE

En la siguiente tabla se especifican las cantidades y costos de cada uno de los componentes necesarios para construir las diferentes partes que conforman la máquina. El costo total obtenido fue de $32’209.020.

TABLA XIV Presupuesto de componentes

Concepto Cantidad Valor

unitario Total

Com

pone

ntes

ne

umát

icos

Cilindro neumático superior plisado 2 $599.615 $1.199.230 Actuador neumático inferior plisado 2 $1.455.266 $2.910.532 Actuador giratorio 2 $3.138.009 $6.276.018 Separador de agua 1 $1.170.126 $1.170.126 Válvula reguladora de presión diferencial 1 $342.175 $342.175

Válvula estranguladora 11 $268.540 $2.953.940 Caja tomacorriente 2 $14.465 $28.930 Electroválvulas 6 $478.666 $2.871.996

Com

pone

ntes

de

con

trol

PLC S7-300 CPU 313C 1 $4.707.923 $4.707.923

Módulo digital SM323 16DI y 16DO 2 $2.262.800 $4.525.600

Módulo digital SM323 8DI y 8DO 1 $1.326.300 $1.326.300

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TABLA XIV (Continuación)

Concepto Cantidad Valor unitario Total

Sens

ores

Sensor capacitivo 7 $103.500 $724.500

Frenos magnéticos por histéresis 4 $650.000 $2.600.000

Micro switch 10 $39.000 $390.000

Com

pone

ntes

El

éctri

cos

Conmutador de 4 posiciones 1 $14.000 $14.000 Conmutador de 2 posiciones 1 $8.950 $8.950 Conmutador de 3 posiciones 1 $10.000 $10.000 Conmutador de 2 posiciones con llave 1 $7.900 $7.900 Pulsador parada de emergencia 1 $9.500 $9.500 Pulsador 20 $4.900 $98.000 Cable 20 $550 $11.000 Display 7 segmentos 4 $5.600 $22.400

Total $32.209.020

En subcontrataciones se realizó una cotización de la fabricación de las estructuras de alimentación, plisado, corte y salida de producto terminado, adicionalmente se incluyó la mano de obra de instalación de todos los sistemas mecánicos, obteniendo de esta empresa los mecanismos de cuchillas de plisado y corte con sus ejes de apoyo lineal y listos para instalar los actuadores. La discriminación de los costos de materiales empleados y mano de obra se puede observar en el anexo U y el total de la cotización se aprecia en la siguiente tabla.

TABLA XV

Presupuesto estructura por subcontratación

Concepto Valor Mano de obra construcción estructuras y piezas mecánicas $1.468.950 Pintura de equipo $400.000 Suministros $7.737.557

Total $9.606.507

112

En el montaje estarán involucrados un ingeniero con un salario de $2’000.000 y un técnico electrónico con ingresos de $1’200.000 y, como se muestra en la siguiente tabla, la mano de obra es calculada teniendo en cuenta las prestaciones correspondientes al 22% de sus respectivos sueldos más el auxilio de trasporte exigido por ley.

TABLA XVI

Presupuesto recurso humano

Personal Sueldo Sueldo + Prestaciones + Auxilio de trasporte Ingeniero $2.000.000 $2.537.000 Técnico electrónico $1.200.000 $1.561.000

Total $4.098.000

Con esta información se presenta la sumatoria de los diferentes costos para implementar la máquina diseñada tal que esta tenga todas las especificaciones planteadas y quede en completo funcionamiento. El costo total después de impuestos fue de $55’092.406.

TABLA XVII

Costo de montaje

Concepto Valor Mano de obra $ 4.098.000 Materiales $32.209.020 Subcontratación de fabricación $ 9.606.507 Depreciación $ 384.729 Subtotal $46.552.256

Total (iva incluido) $55.092.406

13.2 COSTOS DE PRODUCCIÓN

Para obtener un flujo de fondos, inicialmente se determinan los costos que conlleva la producción empleando la máquina, por lo que se incluyen costos mensuales de mantenimiento de la misma que constan de los honorarios de un técnico que tendría que intervenir la misma 16 horas por mes y de los materiales necesarios para

113

realizar dicho mantenimiento con valor de $1’000.000. También se incluyen el gasto de servicios públicos, los costos de materias primas en relación a la producción mensual, el salario de un operario incluyendo prestaciones y auxilio de transporte y otros gastos.

Como ejemplo en la tabla XVIII se muestran los costos de producción del primer mes, donde se calcula un volumen de producción de 300 unidades según el poder de ventas actual de la empresa, dicho valor irá aumentando durante los siguientes meses de evaluación y esto se puede observar en totalidad en el flujo de fondos.

TABLA XVIII

Costos de producción del primer mes

Concepto Valor M.O mantenimiento $ 170.750 Materiales de mantenimiento $ 1.000.000 Servicios $ 200.000 Otros gastos $ 250.000 Depreciación $ 382.613 M.O operario $ 1.195.000 Materias primas $ 4.500.000

Total $ 7.698.363

13.3 FLUJO DE FONDOS

Se realiza un flujo de fondos de 22 meses en el cual se inicia una producción con la máquina a partir del cuarto mes. En este se observa que con una tasa de oportunidad del 3% en el mes doce se da el retorno de la inversión inicial. Este se presenta en su totalidad en el anexo W.

13.3.1 Valor presente neto

Con el retorno de la inversión al mes doce ya se tenía una confirmación de la viabilidad financiera del proyecto, con nueve meses de producción en los que se arranca con volúmenes de ventas de 300 unidades y en el noveno mes se llega a 700 unidades. Pero adicional a esto se calcula el valor presente neto después del

114

transcurso de los 22 meses en que se realiza la evaluación teniendo como resultado un valor positivo de $129’292.992 remarcando la viabilidad financiera del proyecto.

13.3.2 Tasa interna de retorno

Por último el flujo de fondos permitió calcular la tasa interna de retorno con un valor de 16% la cual se encuentra por encima de la pactada tasa de oportunidad y por lo tanto refleja una vez más la viabilidad del proyecto.

115

14. CONCLUSIONES

Con el planteamiento inicial de este proyecto de diseño se plantearon dos objetivos: aumentar los volúmenes de producción y disminuir los esfuerzos físicos por parte de los operarios relacionados con la línea de producción de filtros tipo panel dentro de la empresa Novatexfil S.A. El dispositivo mecatrónico diseñado permite automatizar la mayor parte de dicha línea de producción, generando que la interacción directa de los operarios con el producto solo sea necesaria para realizar el ensamble final.

Con respecto al objetivo planteado de introducir tecnología a la línea de producción de la empresa para incrementar los volúmenes de producción que en la actualidad son muy bajos con ratas de producción de 3 a 5 conjuntos/hora, los resultados obtenidos en la etapa de validación reflejan el cumplimiento del mismo al aumentar esta rata de producción a 20 conjuntos/hora. La simulación, a pesar de tener un factor de error con respecto a su funcionamiento en tiempo real variable de entre el 15% y 20%, muestra en el caso de la referencia más pequeña producida por la empresa una rata mucho más alta logrando producir 30 conjuntos/hora y para la referencia de mayor tamaño una rata de 18 conjuntos/hora, valor que en principio está por debajo del objetivo planteado pero se tiene que tener en cuenta el factor de error en los tiempos de simulación nombrados anteriormente.

Con la ayuda de los métodos estructurados empleados se lograron detectar las necesidades que debía suplir dicho dispositivo y partiendo de esto se plantearon soluciones para ser evaluadas. Este proceso ayudo a tomar decisiones asertivas durante el desarrollo del proyecto evitando la necesidad de volver a instancias anteriores o a retomar decisiones dentro del proceso, además permitiendo dejar todas estas decisiones y opciones documentadas que pueden ser de ayudad para futuras mejoras.

Durante este proceso se identificó una falla importante en la estructuración de los filtros fabricados, donde se estaba empleando de manera errónea la combinación de materias primas, lo que supuso un gran cambio para el sistema de alimentación que en un principio pretendía realizar la combinación de 6 rollos de materias primas generando un diseño sobredimensionado. Con la corrección de esta falla se redujo la cantidad de rollos a solo 4, logrando minimizar las dimensiones de este diseño haciéndolo más práctico para el área disponible para la implementación de la máquina y también significando un ahorro en los costos del valor unitario al emplear mucho menos material en cada unidad producida.

116

Una característica destacable del diseño final obtenido es la modularidad. Esta permitirá que a futuro se realicen modificaciones en la línea de producción a medida que la empresa tome la decisión de ampliar su catálogo de ventas en el área de filtración industrial. Por ejemplo, si la empresa deseara incursionar en la fabricación de filtros de papel, podría agregar un módulo para calentar la materia prima, ubicado entre el módulo de alimentación y el de plisado, esto porque el calor es necesario para que el papel retenga la forma de los pliegues. Este es solo un ejemplo del comportamiento dinámico y las múltiples posibilidades que se generan a partir del diseño de la máquina.

Al inicio de este proyecto se planteó una inversión de $35’000.000, la cual fue comparada con máquinas importadas con valores estimados de $ 70’000.000. Ahora que se finaliza este proyecto, se determinó que la máquina tendrá un costo de fabricación y montaje de $ 55’092.406, valor que está por encima de la propuesta inicial, pero es importante tener en cuenta los factores en relación a esta elevación en los costos. Primero, el comportamiento de la tasa de cambio del dólar en subida afecta los valores de muchos de los componentes a utilizar. Segundo, la estimación de la máquina de importación se realizó con sistemas encargados solo de realizar el plisado del material, a diferencia de la máquina diseñada en este proyecto que suple todas las necesidades de la línea de producción de la empresa, además de la incertidumbre presente sobre la calidad de los componentes utilizados por los fabricantes de las máquina importadas que en mayor medida son chinos.

Por último es importante resaltar que el aumento de costos está directamente relacionado con la calidad de los elementos seleccionados, pues se incluyeron cotizaciones de piezas neumáticas marca Festo y del PLC marca Siemens, siendo ambas marcas reconocidas por sus productos de muy alta calidad pero de igual forma de costos elevados. Sin embargo, se debe mencionar que en el análisis financiero por medio del flujo de fondos permite determinar que, a pesar de la elevación en los costos, el proyecto es financieramente viable.

117

REFERENCIAS

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[2] Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size, ASHRAE 52.2-2017, 2017. Disponible en: https://webstore.ansi.org/standards/ashrae/ashrae522017

[3] Enersinc, “Energy Demand Situation in Colombia”, Colombia, 2017. [En línea]. Disponible: https://www.dnp.gov.co/Crecimiento-Verde/Documents/ejes-tematicos/Energia/MCV - Energy Demand Situation VF.pdf

[4] Compressed air Part 1: Contaminants and Purity Classes, ISO 8573-1:2010, 2010. Disponible en: https://www.iso.org/standard/46418.html

[5] Suzhou AQX Filter Machine Co.Ltd, “AQXK-Pleat6 -650/1050/1250 Full-automatic CNC Knife Pleating Machine.” [En línea]. Disponible en: https://www.rotarypleatingmachine.com/product/products_knife_pleating_machine/Full_automatic_Knife_Pleating_Machine.html.

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[7] LIDEM, “Máquina extendedora de tejidos.” [En línea]. Disponible en: https://www.lidem.com/maquina-extendedora-cortadora-para-todo-tipo-de-materiales/.

[8] KIESELSTEIN, “Wire Mesh Slitting Machine.” [En línea]. Disponible en: https://www.kieselstein.com/en/Machines-Plants/Wire-processing-machines/Wire-Mesh-Slitting-Machine_1551.html.

[9] H. Mabie and C. F. Reinholtz, Mecanismos y Dinámica de Maquinaria, 2a ed. México: Limusa, Noriega Editores, 1998.

118

[10] Donaldson Company Inc., “Pre-filter for GE-AEP LM 6000 ‘Guard Filter’ Door: P03-0228,” p. 1.

[11] L. G. Corona Ramírez, G. S. Abarca Jiménez, and J. Mares Carreño, Sensores y actuadores. Aplicaciones con Arduino, 1a ed. Azcapotzalco, México: Larousse - Grupo Editorial Patria, 2014.

[12] J. Roldán Viloria, Motores de corriente continua: motoriza�� de m�quinas y veh��los: caracte��as, ��lculos y aplicaciones, 1a ed. Madrid: Paraninfo, 2014.

[13] A. Creus Solé, Instrumentación Industrial, 8a ed. Barcelona: Marcombo , 2011.

[14] E. García Moreno, Automatización de Procesos Industriales, 1a ed. España: Universitat Politécnica de Valéncia, 1999.

[15] P. Ponsa Asensio and R. Vilanova Arbós, Automatiza�� de Procesos Mediante la Gu�� GEMMA., 1a ed. Barcelona: Universitat Polit�cnica de Catalunya, 2005.

[16] J. Balcells and J. L. Romeral, Au��matas Programables, 1a ed. Barcelona: Marcombo, 1997.

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[18] A. S. Hall, A. R. Holowenko, and H. G. Laughlin, Dise�o de M�quinas, 1a ed. México: McGraw Hill, 1971.

[19] H. Dubbel, Manual Del Constructor de Máquinas, 3a ed. Editorial Labor, 1977.

119

ANEXOS

Anexo A. Plano de estructura de plisado y corte.

120

Anexo B. Plano estructura interna de corte y plisado.

121

Anexo C. Plano estructura interna vista lateral.

122

Anexo D. Plano estructura interna vista superior

123

Anexo E. Plan estructura de salida de producto.

124

Anexo F. Plano estructura salida de producto vistas.

125

Anexo G. Plano rodillo salida de producto.

126

Anexo H. Plano sistema de alimentación.

127

Anexo I. Plano estructura sistema de alimentación.

128

Anexo J. Vista explosionada sistema de plisado.

129

Anexo K. Vista explosionada sistema de corte.

130

Anexo L. Plano electro neumático fuente de poder.

131

Anexo M. Plano electro neumático PLC.

132

Anexo N. Plano electro neumático otras entradas PLC.

133

Anexo O. Plano electro neumático módulo 1 entradas y salidas.

134

Anexo P. Plano electro neumático módulo 2 entradas y salidas.

135

Anexo Q. Plano electro neumático módulo 3 entradas y salidas.

136

Anexo R. Plano electro neumático electro válvulas.

137

Anexo S. Plano electro neumático actuadores.

138

Anexo T. Código ladder

180

Anexo U. Cotizaciones

184

Anexo V. Ficha técnica guata Coltejer

No 1200PAG. 112EDICION No 7

Apartado Postal 636 y 90316

Medellin Colombia - Sudamerica Año Mes Dia

2007 03 13

Cod.Ccial: CG3987

CARACTERISTICAS NORMA BASE UNIDAD

(CHARACTERISTICS) (BASE NORM) (UNIT)

Ancho (Width) / Cuttable Cms. 153,0 ± 3 cms.

Peso (Weight g / m²) ICONTEC 2598 g / m² 185,0 ± 10%

Espesor (thickness) ICONTEC 2599 mm. 35,0 Mínimo

Longitudinal (Warp) %

Transversal (weft) %

Resistencias a la Tensión Seco Longitudinal (Warp) Libras Fuerza 4,5 Mínimo

(Dry Tensile strenght) Transversal (weft) (pounds force) 5,8 Mínimo

Resistencias a la Tensión Húmedo Longitudinal (Warp) Libras Fuerza 2,6 Mínimo

(Wet Tensile strenght) Transversal (weft) (pounds force) 3,0 Mínimo

Resistencias al rasgado Urdimbre (Warp)(Tear strenght) Trama (weft)

Urd/TramaTrama/Urd.

Solidez del color al frote Seco (Dry)(Colour fastness to rubbing) Húmedo (Wet) / Clr/Osc.

COLTEJER 0854 seg. (seconds)

COLTEJER 0856 %

Libras Fuerza

(pounds force)

Resiliencia COLTEJER 0853 % 75,0 Mínimo

Tejido (Type of Fabric)

OBSERVACIONES GENERALES ( GENERAL OBSERVATIONS) : Empates por rollo = 1

Se emplea en el proceso de acolchados y como núcleo para chaquetas.

Coltejer garantiza que la tela despachada cumple con lo especificado en este documento.

ORGANIZACIÓN Y MET ODOS P-7-804

Tiempo de Absorvencia (Absorvency of time)

ANULA EDICION

Determinación de la resistencia al desgarre (Determination of tear resistance)

AÑO MES DIA

6DE FECHA

COLTEJER 0850

Cambio Dimensional por lavado (Dimensional change loundry)

Capacidad de retención Líquida (Capacity of liquid retaning)

fecha elaboracion

Compañía Colombiana de Tejidos S.A

NIT 890.900.259-1

NO TEJIDOS - NONWOVENS

2005 05 31

FABRIC PROFILE

Ligado Mecánico - Químico

Revisa:

NOMBRE (FABRIC NAME): GUATA 40

COMPOSICION (COMPOSITION): POLIESTER 100%

Gerente Ca lidad

Aprueba:

Jefe Acabados

ESPECIFICACIONES DE TELA TERMINADA

Estandar

ICONTEC 2600

Cambio Dimensional por temperatura (Dimensional change temperature)

Revisa

Jefe de Calidad

COLTEJER 0857

COLTEJER 0858

Escala Gris

%

185

Anexo W. Flujo de fondos

Concepto M1 M2 M3 M4 M5Costo de desarrollo

Proceso de diseñoM.O 2.720.000equiposSoftware de diseño y simulacion 5.000.000Depreciación equiposSubtotal (-) 7.720.000

Costo de montajeM.O. 4.098.000materiales 32.209.020sub contratacion de fabricacion 9.606.507Adecuaciones 0Depreciación 382.613Subtotal (-) 46.296.140Total (+iva) (-) 55.092.406

Costo de justificaciónM.O 2.720.000Datos y papeleria 800.000Subtotal (-) 3.520.000

Costo de producciónM.O mtto 170.750 170.750Materiales de mtto 1.000.000 1.000.000Servicios 200.000 200.000Otros gastos 250.000 250.000Depreciacion 382.613 382.613M.O operario 1.195.000 1.195.000Costo materias primas 4.500.000 4.500.000

costos de produccion totales (-) 7.698.363 7.698.363

ingresos - ahorro atomatizacioncantidad 300 300precio venta unidad 50.000 50.000valor vendido 15.000.000 15.000.000desperdicio materias primas 720.000 720.000incapacidades 150.000 150.000devoluciones 750.000 750.000

Ingresos totales (+) 16.620.000 16.620.000

Utilidad bruta(antes impuestos) 8.921.637 8.921.637

Impuestos sobre la renta (-) 2.498.058 2.498.058

Flujo neto -3.520.000 -7.720.000 -55.092.406 6.423.579 6.423.579Tasa de oportunidad 3%Valor presente (VP) -$66.332.406 $6.236.484 $6.054.839

Valor presente neto (VPN) 129.292.992Tasa interna de retorno (TIR) 16%

186

M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14

170.750 170.750 170.750 170.750 170.750 170.750 170.750 170.750 170.7501.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000200.000 200.000 200.000 200.000 200.000 200.000 200.000 200.000 200.000250.000 250.000 250.000 250.000 250.000 262.500 262.500 262.500 262.500382.613 382.613 382.613 382.613 382.613 382.613 382.613 401.743 401.743

1.195.000 1.195.000 1.195.000 1.195.000 1.195.000 1.195.000 1.195.000 1.254.750 1.254.7504.500.000 4.500.000 7.500.000 7.500.000 7.500.000 7.500.000 10.500.000 10.500.000 10.500.000

7.698.363 7.698.363 10.698.363 10.698.363 10.698.363 10.710.863 13.710.863 13.789.743 13.789.743

300 300 500 500 500 500 700 700 70050.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000

15.000.000 15.000.000 25.000.000 25.000.000 25.000.000 25.000.000 35.000.000 35.000.000 35.000.000720.000 720.000 1.200.000 1.200.000 1.200.000 1.200.000 1.680.000 1.680.000 1.680.000150.000 150.000 150.000 150.000 150.000 150.000 150.000 150.000 150.000750.000 750.000 1.250.000 1.250.000 1.250.000 1.250.000 1.750.000 1.750.000 1.750.000

16.620.000 16.620.000 27.600.000 27.600.000 27.600.000 27.600.000 38.580.000 38.580.000 38.580.000

8.921.637 8.921.637 16.901.637 16.901.637 16.901.637 16.889.137 24.869.137 24.790.257 24.790.257

2.498.058 2.498.058 4.732.458 4.732.458 4.732.458 4.728.958 6.963.358 6.941.272 6.941.272

6.423.579 6.423.579 12.169.179 12.169.179 12.169.179 12.160.179 17.905.779 17.848.985 17.848.985

$5.878.485 $5.707.267 $10.497.241 $10.191.496 $9.894.656 $9.599.357 $13.723.289 $13.281.321 $12.894.486

187

M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22

170.750 170.750 170.750 170.750 170.750 170.750 170.750 170.7501.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000 1.000.000200.000 200.000 200.000 200.000 200.000 200.000 200.000 200.000262.500 262.500 262.500 262.500 262.500 262.500 262.500 262.500401.743 401.743 401.743 401.743 401.743 401.743 401.743 401.743

1.254.750 1.254.750 1.254.750 1.254.750 1.254.750 1.254.750 1.254.750 1.254.75010.500.000 10.500.000 15.000.000 15.000.000 15.000.000 15.000.000 15.000.000 15.000.000

13.789.743 13.789.743 18.289.743 18.289.743 18.289.743 18.289.743 18.289.743 18.289.743

700 700 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.00050.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000

35.000.000 35.000.000 50.000.000 50.000.000 50.000.000 50.000.000 50.000.000 50.000.0001.680.000 1.680.000 2.400.000 2.400.000 2.400.000 2.400.000 2.400.000 2.400.000150.000 150.000 150.000 150.000 150.000 150.000 150.000 150.000

1.750.000 1.750.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000 2.500.000

38.580.000 38.580.000 55.050.000 55.050.000 55.050.000 55.050.000 55.050.000 55.050.000

24.790.257 24.790.257 36.760.257 36.760.257 36.760.257 36.760.257 36.760.257 36.760.257

6.941.272 6.941.272 10.292.872 10.292.872 10.292.872 10.292.872 10.292.872 10.292.872

17.848.985 17.848.985 26.467.385 26.467.385 26.467.385 26.467.385 26.467.385 26.467.385

$12.518.919 $12.154.290 $17.498.059 $16.988.407 $16.493.599 $16.013.203 $15.546.799 $15.093.980

DISEÑO DE EQUIPO PARA PLISADO DE MALLA Y ...Fig. 10. Casa de la calidad QFD. 38 Fig. 11. Diagrama...

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