arreglo final

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Capítulo 1. Planteamiento del problema Bridgestone Firestone Venezolana C.A, es una empresa manufacturera dedicada a la ela bor aci ón de neumáti cos par a vehículos pequ eños, camioneta s, camiones, tractores, entre otros. La organización cuenta con un departamento de ingeniería de  proyectos, el cual tiene como función la puesta en marcha e implementación de  proyectos con los cuales se busca un aumento de la productividad y mejora constante de los procesos dentro de la planta. Dicho departamento solventa algunas de las necesidades de otros departamentos de esta empresa, como es el caso del departamento de Banbury (es una máquina que tienen como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman las diferentes gomas que conforman los neumáticos.), dicho departamento tiene como función principal la combinación de distintos materiales para la elaboración de los distintos tipos de goma que conforman los gomas, en este departa mento existe la nec esi dad de imp lement ar una máquin a cor tadora para cortar tir as de goma que alimentaran otra máquina, la QCT, que se encarga de hacer las bandas de rodado de los gomas convencionales, y la entubadora 10 x 10, la cual hace las bandas de rodado de los gomas de camión. En el presente informe de pasantías fue desarrollado en la Empresa Bridgestone Firestone Venezolana C.A. el cual se enfocó en la propuesta de un diseño para una máqui na cortadora de goma de 600mm de ancho en tiras de 100mm o 50mm. Dich o diseño posee todas las partes y estructuras de la máquina, además de un estudio de elementos finitos a partes seleccionadas de la misma.  Identificación de la Empresa 1

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Capiacutetulo 1 Planteamiento del problema

Bridgestone Firestone Venezolana CA es una empresa manufacturera dedicada a

la elaboracioacuten de neumaacuteticos para vehiacuteculos pequentildeos camionetas camiones

tractores entre otros La organizacioacuten cuenta con un departamento de ingenieriacutea de

proyectos el cual tiene como funcioacuten la puesta en marcha e implementacioacuten de

proyectos con los cuales se busca un aumento de la productividad y mejora constante

de los procesos dentro de la planta

Dicho departamento solventa algunas de las necesidades de otros departamentos

de esta empresa como es el caso del departamento de Banbury (es una maacutequina quetienen como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman las

diferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) dicho departamento tiene como

funcioacuten principal la combinacioacuten de distintos materiales para la elaboracioacuten de los

distintos tipos de goma que conforman los gomas en este departamento existe la

necesidad de implementar una maacutequina cortadora para cortar tiras de goma que

alimentaran otra maacutequina la QCT que se encarga de hacer las bandas de rodado de

los gomas convencionales y la entubadora 10 x 10 la cual hace las bandas de rodado

de los gomas de camioacuten

En el presente informe de pasantiacuteas fue desarrollado en la Empresa Bridgestone

Firestone Venezolana CA el cual se enfocoacute en la propuesta de un disentildeo para una

maacutequina cortadora de goma de 600mm de ancho en tiras de 100mm o 50mm Dicho

disentildeo posee todas las partes y estructuras de la maacutequina ademaacutes de un estudio de

elementos finitos a partes seleccionadas de la misma

Identificacioacuten de la Empresa

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En 1954 Firestone Venezolana inicia sus operaciones en el paiacutes y fue adquirida en

el antildeo 1988 por la empresa Japonesa Bridgestone Co naciendo asiacute la corporacioacuten

Bridgestone Firestone empresa liacuteder del mercado de la goma a nivel mundial Desde

las instalaciones de la planta ubicada en Valencia Edo Carabobo Bridgestone

Firestone Venezolana CA (BFVZ) produce y comercializa productos de alta

tecnologiacutea para el mercado local y de exportacioacuten A traveacutes de su soacutelida red de

distribuidores que supera los 350 puntos de ventas en el paiacutes BFVZ lleva a todos los

rincones del paiacutes productos y servicios con un nivel de calidad superior

BFVZ es altamente competitiva en calidad tecnologiacutea y servicio Su compromiso

es mantener la confianza y satisfaccioacuten de sus clientes internos y externos

manufacturando y comercializando productos de avanzada tecnologiacutea y oacuteptimacalidad Como reflejo de los uacuteltimos avances los neumaacuteticos Bridgestone Firestone

sobrepasan las metas establecidas y exceden las expectativas en cuanto a durabilidad

seguridad confort y calidad Todo esto optimizando el uso de los recursos

disponibles en un medio de trabajo seguro respetuoso y en armoniacutea con el medio

ambiente y la comunidad

BFVZ pertenece al holding japoneacutes Bridgestone Corporacioacuten uno de los

fabricantes de neumaacuteticos y de productos derivados de la goma maacutes grande delmundo La compantildeiacutea fabrica neumaacuteticos para todo tipo de vehiacuteculo

Faacutebrica y comercializa desde 1954 neumaacuteticos de calidad superior con servicios

que se diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de sus clientes Desde su sede en

Valencia estado Carabobo 1200 empleados producen diariamente maacutes de 10000

unidades de neumaacuteticos para atender la demanda del mercado venezolano y de la

regioacuten andina y del Caribe

Misioacuten

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Fabricar y comercializar neumaacuteticos de calidad superior con servicios que nos

diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de nuestros clientes

Visioacuten

Ser el mejor lugar para laborar donde todos los asociados puedan realizarse

personal y profesionalmente Mantenernos como una empresa liacuteder estable y en

crecimiento Ser los mejores en Calidad Seguridad Productividad Eficiencia y

Preservacioacuten del Medio Ambiente Trascender a las generaciones futuras modelando

a traveacutes de nuestros asociados los valores de BFVZ a la sociedad

Aacuterea de Trabajo

El aacuterea de trabajo de la Empresa BFVZ donde se desarrollo el proyecto fue el

departamento de Ingenieriacutea de Proyectos de la Empresa BFVZ en esta aacuterea

desempentildean una labor productiva un (1) gerente un (1) supervisor tres (3)

ingenieros tres (3) teacutecnicos mecaacutenicos y tres (3) teacutecnicos electroacutenicos

La principal tarea de este departamento es la de realizar cualquier proyecto que la

empresa esteacute necesitando es decir estudia analiza propone y ejecuta la mejor

opcioacuten para realizar cualquier proyecto

Situacioacuten Actual

Para el momento de comenzar a desarrollar el proyecto el departamento de

proyectos ya contaba con varios de estos en ejecucioacuten y con otros pendientes por

hacer Para este departamento es muy importante poder cumplir con las metas

planteadas para cada antildeo

Identificacioacuten del Problema

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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT

necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de

la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es

poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y

como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta

esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma

se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla

circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya

que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos

calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo

que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para

recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable

Objetivo General

bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma

Objetivos Especiacuteficos

bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se

disentildeara

bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la

cortadora

bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el

concepto propuesto

bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la

maacutequina

bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo

Justificacioacuten e Importancia

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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y

herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento

de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente

en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a

las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor

cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma

importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar

la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que

permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm

Alcance

El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de

una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los

planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la

empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos

Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico

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Fundamentos Teoacutericos

Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos

Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos

Fuente wwwbfvzcom

Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury

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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan

con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El

negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso

de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo

cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en

la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes

para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten

de puentes sulfurosos

En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y

otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el

calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya

pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico

encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un

transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado

En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se

llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen

como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe

amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el

tratamiento

En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan

cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten

diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por

ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten

del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina

Masticacioacuten

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 2: Arreglo Final

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En 1954 Firestone Venezolana inicia sus operaciones en el paiacutes y fue adquirida en

el antildeo 1988 por la empresa Japonesa Bridgestone Co naciendo asiacute la corporacioacuten

Bridgestone Firestone empresa liacuteder del mercado de la goma a nivel mundial Desde

las instalaciones de la planta ubicada en Valencia Edo Carabobo Bridgestone

Firestone Venezolana CA (BFVZ) produce y comercializa productos de alta

tecnologiacutea para el mercado local y de exportacioacuten A traveacutes de su soacutelida red de

distribuidores que supera los 350 puntos de ventas en el paiacutes BFVZ lleva a todos los

rincones del paiacutes productos y servicios con un nivel de calidad superior

BFVZ es altamente competitiva en calidad tecnologiacutea y servicio Su compromiso

es mantener la confianza y satisfaccioacuten de sus clientes internos y externos

manufacturando y comercializando productos de avanzada tecnologiacutea y oacuteptimacalidad Como reflejo de los uacuteltimos avances los neumaacuteticos Bridgestone Firestone

sobrepasan las metas establecidas y exceden las expectativas en cuanto a durabilidad

seguridad confort y calidad Todo esto optimizando el uso de los recursos

disponibles en un medio de trabajo seguro respetuoso y en armoniacutea con el medio

ambiente y la comunidad

BFVZ pertenece al holding japoneacutes Bridgestone Corporacioacuten uno de los

fabricantes de neumaacuteticos y de productos derivados de la goma maacutes grande delmundo La compantildeiacutea fabrica neumaacuteticos para todo tipo de vehiacuteculo

Faacutebrica y comercializa desde 1954 neumaacuteticos de calidad superior con servicios

que se diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de sus clientes Desde su sede en

Valencia estado Carabobo 1200 empleados producen diariamente maacutes de 10000

unidades de neumaacuteticos para atender la demanda del mercado venezolano y de la

regioacuten andina y del Caribe

Misioacuten

2

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Fabricar y comercializar neumaacuteticos de calidad superior con servicios que nos

diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de nuestros clientes

Visioacuten

Ser el mejor lugar para laborar donde todos los asociados puedan realizarse

personal y profesionalmente Mantenernos como una empresa liacuteder estable y en

crecimiento Ser los mejores en Calidad Seguridad Productividad Eficiencia y

Preservacioacuten del Medio Ambiente Trascender a las generaciones futuras modelando

a traveacutes de nuestros asociados los valores de BFVZ a la sociedad

Aacuterea de Trabajo

El aacuterea de trabajo de la Empresa BFVZ donde se desarrollo el proyecto fue el

departamento de Ingenieriacutea de Proyectos de la Empresa BFVZ en esta aacuterea

desempentildean una labor productiva un (1) gerente un (1) supervisor tres (3)

ingenieros tres (3) teacutecnicos mecaacutenicos y tres (3) teacutecnicos electroacutenicos

La principal tarea de este departamento es la de realizar cualquier proyecto que la

empresa esteacute necesitando es decir estudia analiza propone y ejecuta la mejor

opcioacuten para realizar cualquier proyecto

Situacioacuten Actual

Para el momento de comenzar a desarrollar el proyecto el departamento de

proyectos ya contaba con varios de estos en ejecucioacuten y con otros pendientes por

hacer Para este departamento es muy importante poder cumplir con las metas

planteadas para cada antildeo

Identificacioacuten del Problema

3

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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT

necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de

la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es

poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y

como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta

esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma

se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla

circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya

que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos

calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo

que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para

recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable

Objetivo General

bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma

Objetivos Especiacuteficos

bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se

disentildeara

bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la

cortadora

bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el

concepto propuesto

bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la

maacutequina

bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo

Justificacioacuten e Importancia

4

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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y

herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento

de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente

en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a

las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor

cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma

importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar

la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que

permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm

Alcance

El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de

una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los

planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la

empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos

Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico

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Fundamentos Teoacutericos

Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos

Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos

Fuente wwwbfvzcom

Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury

6

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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan

con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El

negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso

de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo

cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en

la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes

para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten

de puentes sulfurosos

En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y

otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el

calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya

pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico

encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un

transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado

En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se

llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen

como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe

amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el

tratamiento

En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan

cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten

diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por

ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten

del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina

Masticacioacuten

7

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

8

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

9

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 3: Arreglo Final

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Fabricar y comercializar neumaacuteticos de calidad superior con servicios que nos

diferencian en el mercado para la satisfaccioacuten de nuestros clientes

Visioacuten

Ser el mejor lugar para laborar donde todos los asociados puedan realizarse

personal y profesionalmente Mantenernos como una empresa liacuteder estable y en

crecimiento Ser los mejores en Calidad Seguridad Productividad Eficiencia y

Preservacioacuten del Medio Ambiente Trascender a las generaciones futuras modelando

a traveacutes de nuestros asociados los valores de BFVZ a la sociedad

Aacuterea de Trabajo

El aacuterea de trabajo de la Empresa BFVZ donde se desarrollo el proyecto fue el

departamento de Ingenieriacutea de Proyectos de la Empresa BFVZ en esta aacuterea

desempentildean una labor productiva un (1) gerente un (1) supervisor tres (3)

ingenieros tres (3) teacutecnicos mecaacutenicos y tres (3) teacutecnicos electroacutenicos

La principal tarea de este departamento es la de realizar cualquier proyecto que la

empresa esteacute necesitando es decir estudia analiza propone y ejecuta la mejor

opcioacuten para realizar cualquier proyecto

Situacioacuten Actual

Para el momento de comenzar a desarrollar el proyecto el departamento de

proyectos ya contaba con varios de estos en ejecucioacuten y con otros pendientes por

hacer Para este departamento es muy importante poder cumplir con las metas

planteadas para cada antildeo

Identificacioacuten del Problema

3

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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT

necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de

la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es

poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y

como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta

esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma

se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla

circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya

que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos

calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo

que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para

recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable

Objetivo General

bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma

Objetivos Especiacuteficos

bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se

disentildeara

bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la

cortadora

bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el

concepto propuesto

bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la

maacutequina

bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo

Justificacioacuten e Importancia

4

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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y

herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento

de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente

en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a

las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor

cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma

importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar

la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que

permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm

Alcance

El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de

una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los

planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la

empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos

Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico

5

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Fundamentos Teoacutericos

Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos

Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos

Fuente wwwbfvzcom

Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury

6

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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan

con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El

negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso

de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo

cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en

la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes

para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten

de puentes sulfurosos

En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y

otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el

calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya

pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico

encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un

transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado

En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se

llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen

como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe

amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el

tratamiento

En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan

cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten

diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por

ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten

del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina

Masticacioacuten

7

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

8

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

9

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

10

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

11

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 4: Arreglo Final

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Es importante cortar tiras de goma de 100mm para alimentar la maacutequina QCT

necesita ser medida ya que es el tamantildeo que permite la boquilla de alimentacioacuten de

la extrusora de la maacutequina ademaacutes el meacutetodo actual para cortar las tiras de 100mm es

poco praacutectico ya que se hace en caliente dentro de una de las maacutequinas de Banbury y

como es tan delgada la tira de goma en comparacioacuten a la cantidad que se calienta

esto origina peacuterdidas tanto de tiempo como de material porque al calentarse la goma

se hace pasar por unos rodillos y al extremo de uno de ellos se coloca una cuchilla

circular que va realizando el corte aquiacute se origina la peacuterdida de tiempo y material ya

que por ser tanta goma esta permanece mucho tiempo dando vueltas en los rodillos

calientes lo que hace que pequentildeas zonas de la goma se vaya vulcanizando esto es lo

que se quiere porque si sucede esto esa goma vulcanizada se pierde y para

recuperarla es un proceso muy complicado que no es rentable

Objetivo General

bull Disentildear una maacutequina cortadora de tiras de goma

Objetivos Especiacuteficos

bull Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora de goma que se

disentildeara

bull Determinar el disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la

cortadora

bull Determinar el disentildeo detallado de los componentes que cumplan con el

concepto propuesto

bull Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la

maacutequina

bull Elaborar un Plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo

Justificacioacuten e Importancia

4

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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y

herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento

de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente

en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a

las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor

cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma

importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar

la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que

permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm

Alcance

El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de

una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los

planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la

empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos

Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico

5

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Fundamentos Teoacutericos

Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos

Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos

Fuente wwwbfvzcom

Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury

6

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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan

con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El

negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso

de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo

cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en

la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes

para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten

de puentes sulfurosos

En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y

otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el

calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya

pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico

encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un

transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado

En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se

llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen

como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe

amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el

tratamiento

En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan

cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten

diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por

ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten

del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina

Masticacioacuten

7

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

8

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

9

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

11

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

12

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

13

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

15

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

16

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

18

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

19

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

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(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 5: Arreglo Final

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Para que un proceso sea productivo es necesario tener todas las maacutequinas y

herramientas necesarias para realizar dicho proceso actualmente en el departamento

de Banbury el proceso de cortado de una de las gomas que se produce es ineficiente

en razoacuten de provocar retrasos en la entrega del material a las maacutequinas armadoras y a

las calandras a la vez que se desperdicia mucho material (gomas) implicando mayor

cantidad de horas hombre en la produccioacuten final y es aquiacute donde este proyecto toma

importancia ya que se plantea una solucioacuten para esta necesidad al momento de cortar

la goma al proponer el disentildeo de una nueva maacutequina cortadora de goma que

permitiraacute obtener tiras de goma de 100mm y 200mm

Alcance

El presente Proyecto va dirigido exclusivamente a la generacioacuten del concepto de

una maacutequina cortadora de tiras de goma para su posterior fabricacioacuten generando los

planos para la futura construccioacuten de la maacutequina y el manual de construccioacuten en la

empresa Bridgestone Firestone CA especiacuteficamente al departamento de proyectos

Capiacutetulo 2 Marco Teoacuterico

5

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Fundamentos Teoacutericos

Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos

Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos

Fuente wwwbfvzcom

Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury

6

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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan

con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El

negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso

de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo

cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en

la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes

para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten

de puentes sulfurosos

En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y

otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el

calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya

pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico

encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un

transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado

En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se

llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen

como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe

amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el

tratamiento

En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan

cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten

diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por

ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten

del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina

Masticacioacuten

7

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 6: Arreglo Final

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Fundamentos Teoacutericos

Proceso de elaboracioacuten de Neumaacuteticos

Figura 1 Proceso de Elaboracioacuten de los Neumaacuteticos

Fuente wwwbfvzcom

Mezclado de Compuestos y Malaxador Banbury

6

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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan

con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El

negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso

de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo

cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en

la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes

para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten

de puentes sulfurosos

En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y

otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el

calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya

pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico

encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un

transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado

En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se

llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen

como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe

amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el

tratamiento

En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan

cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten

diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por

ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten

del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina

Masticacioacuten

7

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

8

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

9

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

11

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

15

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

19

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

20

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

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Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

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(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 7: Arreglo Final

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Seguacuten Martiacutenez (2005) En una primera etapa los materiales de goma se mezclan

con emulgentes y por medio del negro de humo se le da su color caracteriacutestico El

negro de humo es fabricado a partir de aceite y gas quemado por medio de un proceso

de escasez de aire El aire ayuda en la adherencia y hace que la mezcla sea blanda lo

cual ayuda a la precisioacuten de virado Otro componente es el azufre que facilita que en

la fase posterior de vulcanizacioacuten las cadenas de moleacuteculas de goma formen redes

para despueacutes obtener goma elaacutestica Este proceso se denomina en quiacutemica formacioacuten

de puentes sulfurosos

En el malaxador Banbury se introduce la mezcla de goma negro de humo y

otros productos quiacutemicos para obtener un material de goma homogeacuteneo El tiempo el

calor y las materias primas utilizadas son los factores decisivos en la composicioacuten del producto final Por lo general los ingredientes llegan a la planta en paquetes ya

pesados o en cantidades a granel que son preparadas y pesadas alliacute por el teacutecnico

encargado del malaxador Banbury Los ingredientes pesados se colocan en un

transportador que los carga en el malaxador para iniciar el proceso de mezclado

En la sala de mezclas se antildeaden los ingredientes de la combinacioacuten de gomas y se

llevan mediante una cinta transportadora al Banbury (es una maacutequina que tienen

como finalidad la mezcla de las diversas materias primas que conforman lasdiferentes gomas que conforman los neumaacuteticos) La mezcla de gomas debe

amasarse constantemente hasta obtener una masa homogeacutenea para continuar con el

tratamiento

En el proceso de obtencioacuten de la goma para fabricar neumaacuteticos se combinan

cientos de componentes debido a que cada tipo de goma conforma una seccioacuten

diferente del neumaacutetico y dependiendo del tamantildeo del mismo estos variacutean como por

ejemplo activadoras antioxidantes antizonizantes ceras para facilitar la extensioacuten

del goma vulcanizadores pigmentos plastificantes arcillas para refuerzo y resina

Masticacioacuten

7

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 8: Arreglo Final

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El laminado de la goma comienza con el proceso de masticacioacuten Una vez

finalizado el ciclo de mezclado con el equipo Banbury la goma se coloca en un

laminador Este proceso transforma las placas de goma en largas laacuteminas al pasar a

traveacutes de dos cilindros que giran en direccioacuten opuesta y a diferentes velocidades

Extrusores y calandras

Una vez terminada la mezcla de la goma se utilizan las denominadas calandras

para producir telas y perfiles a partir de las planchas de goma Las calandras constan

de uno o varios (a menudo cuatro) cilindros a traveacutes de los cuales forzan las planchas

de goma La calandra realiza las siguientes funciones

bull

Formar a partir de la mezcla de goma una tela uniforme de grosor y anchosdefinidos

bull Aplicar un recubrimiento fino de goma sobre un tejido

bull Introducir la goma en los intersticios del tejido mediante friccioacuten

Las telas de goma que salen de la calandra se acondicionan en bobinas con

ldquolinnerrdquo (es el nombre que se le da a la tela donde se enrollan todos los tipos de

goma) que evitan que se adhieran entre siacute Dichas telas pasan enseguida al extrusor en el cual se le da forma de tubo El extrusor consta de tolva cilindro embolo y

matriacutez y para formar la parte hueca del interior del tubo se utiliza un eje El extrusor

moldea la seccioacuten larga y plana de la banda de rodadura de los neumaacuteticos

Uso de acero y fibras sinteacuteticas

Al mismo tiempo que se realizan las mezclas de las gomas durante otras etapas

diferentes se obtiene la carcasa los nuacutecleos del taloacuten y las capas del cinturoacuten radial

En el caso de la carcasa de una llanta diagonal se cablean las fibras textiles (fibras

artificiales normalmente de rayoacuten) y se transforman en un cordoacuten que estaacute unido por

hilos transversales que despueacutes son cubiertos por capas finas de goma en ambos

8

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

9

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

11

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

12

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 9: Arreglo Final

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lados El nuacutecleo del taloacuten estaacute compuesto por cables de acero especial los cuales son

retorcidos con forma de anillo con un diaacutemetro ideacutentico al del neumaacutetico el cual a su

vez recibe un recubrimiento de goma

El hilo de acero transformado en cables ya cubierto por la goma es cortado por

una guillotina para alcanzar franjas con el ancho del cinturoacuten deseado y maacutes tarde es

adicionada a una banda continua Esta banda se antildeade al cinturoacuten de acero real que

llega a tener dos o maacutes capas colocadas en diversas direcciones

Montaje de los componentes y modelo

El montaje o armado de los neumaacuteticos puede automatizarse en gran parte la

maacutequina de montaje de neumaacuteticos consta de un tambor rotatorio donde se montan

los componentes y mecanismos que suministran los componentes necesarios (talones

telas pared y bandas de rodado) una vez montado el neumaacutetico recibe a menudo el

nombre de ldquocaucho verderdquo en esta fase el proceso el neumaacutetico no tiene disentildeo no

es elaacutestico ni resistente

Una vez montado el neumaacutetico verde se rociacutea con un disolvente o un material

soluble en agua para evitar que se adhiera al molde de vulcanizacioacuten Los disolventes

representan un riesgo potencial para los operarios que realizan el rociado y que

manejan el material y la prensa de vulcanizacioacuten Actualmente los materiales maacutes

utilizados para este fin son los solubles en agua

Vulcanizacioacuten

El proceso de vulcanizacioacuten es la etapa en la cual el neumaacutetico obtiene su aspecto

definitivo es decir se le antildeade el disentildeo Dependiendo del modelo del neumaacutetico se

somete a una temperatura de unos 150 o 170ordmC y a una presioacuten entre 12 y 24

atmoacutesferas Asiacute es como se desarrolla este proceso quiacutemico de transformacioacuten en el

que las cadenas de moleacuteculas de goma son reticuladas El caucho verde es prensado

9

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

10

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 10: Arreglo Final

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en los moldes aplicando una presioacuten de vapor o gas inerte (nitroacutegeno) de 12 hasta 24

atmoacutesferas para poder grabar el dibujo del neumaacutetico

En la prensa se utiliza vapor para calentar o vulcanizar el caucho verde La

vulcanizacioacuten del caucho transforma un material pegajoso y flexible en otro no

pegajoso menos flexible y de larga duracioacuten

El tiempo de calentamiento que requiere un neumaacutetico de automoacutevil es de 0 a 12

minutos en funcioacuten del tipo de neumaacutetico y del volumen de goma que se tenga Por

ejemplo en el caso de los neumaacuteticos demasiado anchos se pueden necesitar varias

horas Este tiempo de calentamiento determina las futuras propiedades del neumaacutetico

de aquiacute surge la importancia de que el tiempo sea preciso Despueacutes de este proceso el

neumaacutetico puede ser montado en la llanta y ser utilizado

Partes de un Neumaacutetico

10

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

11

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

12

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

13

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

15

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

16

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

17

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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Page 11: Arreglo Final

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Innerliner

El Innerliner es la capa de goma maacutes interna del neumaacutetico y cumple la funcioacuten de

la caacutemara o ldquotripardquo retener el aire en el interior del neumaacutetico

Figura 2 Partes de un neumaacutetico (Innerliner)Fuente wwwbfvzcom

Taloacuten

Los talones estaacuten compuestos por alambres de acero de alta tenacidad

conformados en un aro inextensible Las funciones del taloacuten son anclar las telas de

cuerpo y retener el ensamble del neumaacutetico con el Rim (es la medida con la que se

calcifican los cauchos) La forma o contorno del taloacuten se adapta al borde de la rueda

para prevenir que el neumaacutetico se deslice y desasimiente del Rim

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 12: Arreglo Final

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Figura 3 Partes de un neumaacutetico (taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Taloacuten

Capa de goma que envuelve el cuerpo del taloacuten y que permite darle una mayor

rigidez al taloacuten ademaacutes de darle el aacutengulo de anclaje del conjunto neumaacutetico-Rim

respectivo

Figura 4 Partes de un neumaacutetico (relleno de taloacuten)Fuente wwwbfvzcom

Telas de Cuerpo

Las telas de cuerpo son capas de cuerdas que se extienden de taloacuten a taloacuten y son

los miembros estructurales y de refuerzo en el neumaacutetico Las telas son volteadas

hacia arriba alrededor del taloacuten por lo que permiten bloquear al taloacuten en la carcasa

del neumaacutetico

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 13: Arreglo Final

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Figura 5 Parte de un neumaacutetico (telas de cuerpo)Fuente wwwbfvzcom

Pared

Las paredes son las porciones del contorno del neumaacutetico entre los talones y el

rodado que tienen las funciones primarias de soporte y control en el manejo El

termino pared tambieacuten es utilizado para referirse a la goma que cubre a la carcasa y la

protege de dantildeos por los bordes del camino La goma de pared es un compuesto de

alta flexibilidad y resistente al clima

Figura 6 Partes de un neumaacutetico (pared)Fuente wwwbfvzcom

Inserto de Hombro

Los Insertos de hombro son tiras de goma colocadas bajo los bordes del paquete

de cinturones estabilizadores Los rellenos del hombro son utilizados en algunos

neumaacuteticos para maximizar durabilidad manteniendo un paquete de cinturones plano

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

14

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

18

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 14: Arreglo Final

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Figura 7 Partes de un neumaacutetico (inserto de pared)Fuente wwwbfvzcom

Relleno de Cinturones

Los Cinturones de Relleno son tiras de goma colocados en el borde de los

cinturones estabilizadores y evita el rozamiento entre telas estabilizadoras

Figura 8 Partes de un neumaacutetico (relleno de cinturones)Fuente wwwbfvzcom

Cinturones Estabilizadores

Los cinturones estabilizadores son las capas de telas de acero que estaacuten colocadas

por encima de los cuerpos de tela y por debajo de la banda de rodamiento Como lo

indica su nombre estos proveen estabilidad a la banda de rodamiento y contribuyen

al mejor agarre y traccioacuten del neumaacutetico El material maacutes utilizado en su fabricacioacuten

es el acero

Figura 9 Partes de un neumaacutetico (cinturones estabilizadores)

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 15: Arreglo Final

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Fuentes wwwbfvzcom

Cap Ply Spiral Layer

El cap ply spiral layer se encuentra en algunos disentildeos de neumaacutetico Este

componente pueden ser utilizado por varias razones pero entre la maacutes importante se

encuentra el mejorar el desempentildeo a altas velocidades

Figura 10 Partes de un neumaacutetico (cap ply spiral layer)Fuente wwwbfvzcom

Banda de Rodamiento

El rodado es el componente del neumaacutetico maacutes resistente al desgaste por estar en

contacto con el camino El rodado tiene que ser disentildeado para poseer resistencia al

desgaste traccioacuten rodado silencioso y baja generacioacuten de calor La goma del rodado

estaacute compuesta normalmente de una mezcla de SBR (tipo de neumaacutetico cuya

microestuctura es formada por copolimeros) extendido en aceite y elastoacutemeros de

polybutadieno (en neumaacuteticos de gran tamantildeo tambieacuten se usa caucho natural) que

tiene que ser formulada con adicioacuten de negro de humo aceites agentes vulcanizantes

y otros compuestos quiacutemicos y pigmentos La composicioacuten de la goma la forma de la

seccioacuten transversal del rodado el nuacutemero de ribetes y surcos y el disentildeo de los

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 16: Arreglo Final

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elementos del rodado son importantes en la determinacioacuten de la calidad del desgaste

la traccioacuten y la generacioacuten de temperatura del neumaacutetico

Figura 11 Parte de un neumaacutetico (banda de rodamiento)

Fuente wwwbfvzcom

Ribetes

Los Ribetes son elementos de goma circunferenciales de la banda de rodado que

proporcionan al neumaacutetico la traccioacuten que le permiten al conductor acelerar y frenar

Se orientan en una sola direccioacuten generalmente circunferencial

Figura 12 Partes de un neumaacutetico (ribetes)

Fuente wwwbfvzcom

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

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Surcos

Los surcos son generalmente canales circunferenciales entre las costillas de un

neumaacutetico Permiten el escape faacutecil y raacutepido para el agua

Figura 13 Partes de un neumaacutetico (surcos)Fuente wwwbfvzcom

Sipes

Sipes son ranuras pequentildeas estrechas moldeadas en los elementos del disentildeo de la

pisada que cumplen la funcioacuten de disipadores de esfuerzos en los tacos

Figura 14 Partes de un neumaacutetico (sipes)Fuente wwwbfvzcom

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

18

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

19

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

20

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

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Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 18: Arreglo Final

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Tacos

Tacos son canales moldeados en los ribetes de la banda de rodamiento que provee

un escape adicional de agua ayudando a minimizar el hidroplaneo

Figura 15 Partes de un neumaacutetico (tacos)Fuente wwwbfvzcom

Hombro

El Hombro de la banda de rodamiento es el borde externo de la pisada delneumaacutetico que envuelve el aacuterea del costado

Figura 16 Partes de un neumaacutetico (hombro)Fuente wwwbfvzcom

18

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

19

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

20

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 19: Arreglo Final

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Maacutequinas similares

Existe en la actualidad una maacutequina cortadora que funciona de la siguiente

manera El aacuterea de alimentacioacuten se ubica en la parte de lateral de la misma aquiacute el

operario con un montacargas coloca una paleta con goma a una distancia considerable

para poder alinearla antes de introducirla y de ser cortada

Esta maacutequina realiza el corte de la goma a mediante cizallamiento la goma pasa

por entre unos flejes de acero que no tiene filo pero de la manera en que estaacuten

colocados hace que la goma pase entre las uniones de los flejes y asiacute la corta dicho

corte tiene que hacerse con presioacuten ya que la goma esta friacutea

El almacenamiento del material ya cortado se hace en cestas con ruedas para

permitir su movilidad por parte del operario la goma ya cortada en tiras sale de los

flejes cortadores y pasa a una banda transportadora que la eleva a 2400mm desde el

suelo y luego a traveacutes de un juego de rodillos distribuye la goma para cada carro

Las otras dos maacutequina cortadoras son las Cameron hay una para goma y otra paratela estas son maacutequinas que tienen el mismo principio de funcionamiento de igual

manera consta de una seccioacuten de alimentacioacuten y otra de corte y almacenamiento

La alimentacioacuten se hace a traveacutes de bobinas grandes de tela o goma estas bobinas

se colocan con gruacuteas tipo polipasto en un eje que es movido a traveacutes de un sistema de

transmisioacuten de pintildeoacuten-cadena del motor principal que estaacute en la seccioacuten de corte y

almacenamiento

El sistema de corte consta de varias cuchillas neumaacuteticas con discos de corte

redondo son movibles por lo que permite colocarlas a cualquier distancia la goma o

tela pasa a traveacutes de un sistema de rodillos que tensionan la goma o tela lo suficiente

para mantenerla sin estirarla luego que esta es cortada pasa por otro sistema de

rodillos que las almacena en bobinas maacutes pequentildeas el almacenamientos se hace en la

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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Page 20: Arreglo Final

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parte superior de la maacutequina y son transportadas con gruacuteas tipo polipasto el material

obtenido de estas cortadoras es llevado a las Stellastic (es una maacutequina cuya funcioacuten

principal es la de cortar bandas de goma con alambres insertados esta goma le

garantiza al neumaacutetico mayor estabilidad y uniformidad) o a la Spiral Layer (es una

maacutequina que corta bobinas de tela para asiacute formar tiras de tela que seraacuten guardadas en

espiral las cuales formaran parte de ciertos tipos de neumaacuteticos) dependiendo lo que

sea si es goma es llevada a la Stellastic y si es tela es llevada a la Spiral Layer

20

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 21: Arreglo Final

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Capiacutetulo 3 Marco metodoloacutegico

Tipo de investigacioacuten

Investigacioacuten Campo

Definida en el manual UPEL como ldquoInvestigacioacuten de Campo es el anaacutelisis

sistemaacutetico de problemas en la realidad con el propoacutesito bien sea de describirlos

interpretarlos entender su naturaleza y factores constituyentes explicar sus causas y

efectos o predecir su ocurrencia haciendo uso de meacutetodos caracteriacutesticos decualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacioacuten conocidos o en desarrollo

Los datos de intereacutes son recogidos en forma directa de la realidad en este sentido se

trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios Sin embargo se

aceptan tambieacuten estudios sobre datos censales o mueacutestrales no recogidos por el

estudiante siempre y cuando se utilicen los registros originales con los datos no

agregadosrdquo (p 18)

En esta definicioacuten se puede apreciar que una investigacioacuten de campo buscadescribir interpretar y entender la naturaleza de un problema y asiacute poder explicar sus

causas y buscar la forma de dar una solucioacuten Se aprecia que esto coincide con los

objetivos planteados para este trabajo ya que se busca solventar una solucioacuten a traveacutes

del estudio de un proceso para el mejoramiento de una necesidad

Disentildeo de Investigacioacuten

El disentildeo de esta investigacioacuten es de tipo campo debido a que la informacioacuten

detallada es obtenida directamente de las maacutequinas y equipos de la empresa

Bridgestone Firestone Venezolana CA esto concuerda con lo que plantea Arias F

(1999) quien Expresa que El disentildeo de campo consiste en la recoleccioacuten de datos

21

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

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directamente de la realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar

alguna variable (p 48)

Teacutecnicas de Recoleccioacuten de Datos

En ese sentido Hurtado (2000) sentildeala que ldquolas teacutecnicas de recoleccioacuten de datos

comprenden procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la

informacioacuten necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigacioacutenrdquo (p427)

La Observacioacuten

La observacioacuten seguacuten Sabino (1992) puede definirse como ldquoel uso sistemaacutetico de

nuestros sentidos en la buacutesqueda de datos que necesitamos para resolver un problema

de investigacioacutenrdquo (p 105)

La Observacioacuten Directa

Para este trabajo de investigacioacuten se aplicoacute la teacutecnica de la observacioacuten directa ya

que el investigador realizaba una inspeccioacuten de todas las maquinariacuteas cuya finalidad

era realizar cortes en los diferentes tipos de gomas

Seguacuten Sabino C (1997) Sentildeala que La observacioacuten directa es aquella a traveacutes

de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad (p134)

La entrevista no estructurada

Definida por Sabino (2002) como Es maacutes flexible y abierta aunque los objetivos

de la investigacioacuten rigen a las preguntas su contenido orden profundidad y

formulacioacuten se encuentran por entero en manos del entrevistador Si bien el

22

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

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Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 23: Arreglo Final

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investigador sobre la base del problema los objetivos y las variables elabora las

preguntas antes de realizar la entrevista modifica el orden la forma de encauzar las

preguntas o su formulacioacuten para adaptarlas a las diversas situaciones y caracteriacutesticas

particulares de los sujetos de estudio (p 98)

Esta definicioacuten se adapta a este trabajo ya que se realizaron conversaciones

teacutecnicas acerca de la ejecucioacuten del mantenimiento a los equipos con los mecaacutenicos y

lubricadores encargados de estas actividades sin tener un patroacuten definido de

entrevista pero basaacutendose en la problemaacutetica que es objeto del proyecto

Etapas y desarrollo del proyecto

Disentildear una maacutequina para cortar goma en tiras de 10cm al hacer un recorrido por

la planta de Bridgestone Firestone Venezolana CA el departamento de Banbury ha

venido presentando demoras a la salida de material de uno de los Banbury

especiacuteficamente banbury1 realizando una entrevista no estructurada con los

supervisores del aacuterea mostraron la necesidad adquirir una cortadora de tiras de goma

Es por ello el departamento de proyectos propuso un disentildeo de la cortadora

Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares a la cortadora que se disentildeara dentro de

planta existen varias cortadoras tanto de goma como de tela el meacutetodo de corte variacutea

dependiendo del tipo goma y espesor de la misma por ello se deben observar cada

una de estas se realizaron observaciones directas y entrevistas no estructuradas a los

operarios de estas maacutequinas para entender el principio de funcionamiento de estas y

asiacute poder tener una variedad de opciones con respecto al meacutetodo de corte a proponer

en el disentildeo de la cortadora

Determinar disentildeo conceptual que cumpla con los requerimientos de la cortadora

una vez estudiadas las otras maacutequinas cortadoras que hay en planta se realizoacute un

primer disentildeo con los requerimientos miacutenimos de disentildeo que el cliente quiere

23

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 24: Arreglo Final

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Determinar disentildeo detallado de los componentes que cumplen con el concepto

propuesto ya seleccionado el disentildeo maacutes adecuado para la construccioacuten de la

maacutequina cortadora se procese a disentildear detalladamente cada uno de los elementos

que la conforman para asiacute poder realizar una lista de materiales necesarios para la

elaboracioacuten de dicha maacutequina

Elaborar un estudio de elementos finitos a componentes criacuteticos de la maacutequina

una vez disentildeados todos los componentes se procede a realizar un estudio detallado

de cada uno para verificar asiacute que los materiales y las dimensiones de los mismos

sean las adecuadas para las condiciones de trabajo planteadas y asiacute evitar que estos

fallen estando trabajando

Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo como todo proyecto se

necesita un plan de accionamiento para que de esta manera se sepa coacutemo y de queacute

manera se fabricaraacute y ensamblaraacute el equipo

A continuacioacuten se muestra el cronograma de actividades para llegar a cumplir

todos los objetivos planteados en dicho trabajo

24

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 25: Arreglo Final

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Cronograma de actividades

Ndeg ACTIVIDADES

SEMANAS

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

1 Determinar las necesidades del cliente (voz del cliente) X X X X

2 Evaluar equipos y tecnologiacuteas similares X

3Evaluar distintas propuestas y determinar seguacuten matriacutez de

seleccioacuten el mejor disentildeo que cumpla con todos losrequerimientos

X

4 Disentildeo detallado del equipo X X X X

5Primera evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la maacutequina

a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

6Segunda evaluacioacuten de componentes criacuteticos de la

maacutequina a traveacutes de un estudio de elementos finitosX X X

7 Seleccioacuten y ubicacioacuten del equipo X X X

8 Elaborar un plan de trabajo para la fabricacioacuten del equipo X

9 Revisioacuten final de la propuesta con el cliente X

10 Entrega de la propuesta final de disentildeo al cliente

25

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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httpslidepdfcomreaderfullarreglo-final 3475

34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 26: Arreglo Final

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Capiacutetulo 4 Desarrollo y Resultados del Plan de Trabajo

Identificacioacuten de la problemaacutetica dentro de la Empresa

El aacuterea 1 es donde se realiza el mezclado de los diferentes compuestos para

elaborar los diferentes tipos de goma que componen los neumaacuteticos Para toda la

recopilacioacuten de la informacioacuten necesaria se hizo uso de la toma de notas al momento

de las entrevistas no estructuradas y fotos al momento de realizar la observacioacuten

directa en el aacuterea de banbury Entre las principales caracteriacutesticas que los operarios y

supervisores manifestaron que deberaacute tener la maacutequina cortadora se tiene

bull Que corte a diferentes medidas

bull Que sea faacutecil de usar

bull Que las medidas a las que corte se puedan cambiar raacutepidamente

bull Que sea de faacutecil mantenimiento

bull Que no ocasione peacuterdida de material

bull Que sea ergonoacutemica

Luego de haber recopilado toda la informacioacuten proporcionada por los operarios y

supervisores se extrajeron las principales caracteriacutesticas que debe tener la maacutequina

cortadora de goma y siguiendo la metodologiacutea de trabajo que plantean Ulrich y

Eppinger en el libro Disentildeo y Desarrollo de Productos tenemos la tabla Nordm 1

26

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

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Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

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Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

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74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

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(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

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Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 27: Arreglo Final

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Tabla Nordm 1 Interpretacioacuten de las necesidades del cliente

Necesidades Interpretacioacuten de las necesidades

Que corte a diferentes medidas Estaacute cortaraacute a diferentes medidas para cubrir lasdemandas de las diferentes maacutequinas en toda la

planta (50mm a 600mm)

Que sea faacutecil de usar Se manipula con facilidad al momento de cortar

Que las medidas a las que corte

se puedan cambiar raacutepidamente

El reemplazo de las medidas a las que se corta la

goma se pueda hacer con facilidad

Que sea de faacutecil mantenimientoLas piezas seraacuten de faacutecil acceso para hacerles

mantenimiento

Que no ocasione peacuterdida dematerial

La maacutequina debe de utilizar todo el material con elque se alimenta sin desperdiciarlo

Que sea ergonoacutemica El equipo seraacute ergonoacutemico

Luego de detalladas las necesidades para el disentildeo de la maacutequina se jerarquizaron

las necesidades de acuerdo al grado de importancia para el cliente

1 Bajo costo de construccioacuten

2 Faacutecil manipulacioacuten

3 Cambio raacutepido de medida de corte

4 Aprovechamiento de todo el material introducido

5 Equipo ergonoacutemico

6 Realiza los cortes precisos

7 Faacutecil mantenimiento

Ya definida la jerarquiacutea de la necesidad seguacuten el cliente se puede definir la

importancia relativa de las necesidades dicha importancia seraacute obtenida a traveacutes de la

interpretacioacuten obtenida en las entrevistas es decir dicha lista fue pasada a los

operarios y a los supervisores para que ellos mismos las clasificaran en una escala de

27

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 28: Arreglo Final

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1 al 5 siendo 5 la maacutes importante y 1 la menos importante en el anexo A se presenta

una muestra de la encuesta realizada Los resultados obtenidos estaacuten resumidos en la

tabla Nordm2

Tabla Nordm 2 Importancia relativa de las necesidades

Nuacutemero Necesidad importancia

1 Bajo costo de construccioacuten 5

2 Faacutecil manipulacioacuten de la maacutequina 4

3 Cambio raacutepido de medida de corte 4

4 Aprovecho total del material introducido en la maacutequina 4

5 La maacutequina presenta un disentildeo ergonoacutemico 3

6 Realiza los cortes precisos 4

Especificaciones del producto

El disentildeo de un equipo amerita un buen estudio de todos sus componentes por eso

se debe de estudiar detalladamente cada uno de ellos la propuesta que se estaacute

planteando la vamos a separar en tres secciones alimentacioacuten corte y

almacenamiento

Sistema de Alimentacioacuten

Dentro de planta todas las maacutequinas son alimentadas de tres maneras paletas

bobinas y directamente de extrusoras cada una de estas tiene sus ventajas y

desventajas Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm 3

28

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 29: Arreglo Final

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Tabla Nordm 3 Comparacioacuten entre paletas y bobinas

Ventajas Desventajas

Paletas

bull La goma que se le

coloca no importa

si esta ordenada o

no lo que hace que

su despacho para la

cortadora sea maacutes

raacutepido

bull

Solo se pueden mover conmontacargas

bull Ameritan un aacuterea miacutenima de 1m2

para ubicarla

bull Necesitan un mantenimiento

continuo ya que si se encuentran

oxidadas la goma puede

contaminarse y el material se

volveriacutea Scrap (es el teacutermino

utilizado para llamar al materialinservible)

Bobinas

bull Pueden ubicarse a

cualquier altura

para asiacute reducir el

aacuterea que ocupa el

equipo

bullSon de faacutecilreemplazo

bull Amerita el uso de una gruacutea tipo

polipasto para poder desmontar las

bobinas del eje donde se llenan

porque al enrollarse varias bobinas

en un mismo eje aumenta

considerablemente su peso

Extrusoras

bull No necesitan un

medio de

transporte porque

sale de la extrusora

y entra de una vez

al proceso

bull Aporta la goma

caliente esto

facilitariacutea el corte

de la misma

bull Necesita mucho maacutes espacio hasta

ocupariacutea maacutes espacio que la propia

maacutequina de corte

bull Esta necesitariacutea una alimentacioacuten

propia

29

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

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Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

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74

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Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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Page 30: Arreglo Final

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Sistema de Corte

Se escogieron las caracteriacutesticas maacutes importantes de cada una de las cortadoras de

la cortadora tipo Slitter el tipo de corte es por flejes y de las Cameron las cuchillas

circulares cada sistema de corte tiene sus ventajas y beneficios a traveacutes de una

matriacutez de comparacioacuten se selecciono el mejor sistema de corte ademaacutes del proceso de

alimentacioacuten y de almacenamiento Dicha comparacioacuten se realizoacute en la tabla Nordm4

30

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 31: Arreglo Final

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Tabla 4 Matriacutez de comparacioacuten entre las cortadoras existentes en planta

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter

Cameron de

Tela y Goma

Sistema de

Alimentacioacuten

Se alimenta a traveacutes de paletas

llenas de goma estas se

colocan al frente de la

Cortadora con ayuda de un

montacargas a medida que

estaacute va necesitando material

hala la goma tensionaacutendola de

manera que el operario tiene

que estar pendiente de liberar

dicha tensioacuten para que la

maacutequina funcione

adecuadamente

Se alimenta a traveacutes de bobinas

llenas de tela estas soncolocadas con la ayuda de una

gruacutea gruacuteas tipo polipasto en el

eje que esta acoplado a un

freno para dar tensioacuten y separar

el liner de la tela alimenta la

maacutequina automaacuteticamente ya

que esta acoplada por un

sistema de transmisioacuten de

Pintildeoacuten-Cadena al eje principal

Sistema de Corte

El sistema de corte usa el

principio de cizalladura utiliza

flejes de acero que se colocan

a la distancia a la que se

quieren cortar las tiras de

goma utilizan tuercas a los

lados para ajustar y

separadores para dar ladistancia especiacutefica dichos

flejes estaacuten colocados dentro

de un encofrado ademaacutes estos

se encuentran acoplados

directamente a traveacutes de un

sistema de transmisioacuten de

El sistema de corte es

totalmente independiente de la

maacutequina ya que son cuchillas

circulares que poseen un

pequentildeo cilindro neumaacutetico

estaacutes son apoyadas sobre una

barra con un perfil de cola de

milano para que se puedanajustar permite colocar

cualquier medida la miacutenima

permitida es el espesor de la

base de las cuchillas

31

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

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Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

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Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

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Principio del formulario

75

Page 32: Arreglo Final

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Pintildeoacuten-cadena a eacutel moto

reductor principal de la

maacutequina

Sistema de

Almacenamiento

Las tiras ya cortadas pasan a

una estructura donde se realiza

la distribucioacuten de las tiras a los

carros de almacenamiento

dicho transporte se hace en

una banda transportadora

Los carros almacenadores

estaacuten separados en cuatro

partes iguales donde sealmacenaran las tiras de goma

Dichos carros pueden ser

movidos manualmente ya que

poseen ruedas o pueden ser

movidos con un montacargas

Las tiras ya cortadas son

almacenadas en bobinas dichas

bobinas estaacuten por encima de las

cuchillas de tal modo que

estos ejes donde se llenaran las

bobinas seraacuten movidos con un

sistema de transmisioacuten Pintildeoacuten-

cadena A la moto reductor

principal de la maacutequina

Para realizar el disentildeo maacutes apropiado se compararon las caracteriacutesticas maacutes

resaltantes de las cortadoras existentes en planta Dicha comparacioacuten se realizoacute en latabla Nordm 5

Tabla Nordm 5 Comparacioacuten de las Cortadoras

Maacutequina

Elemento

Comparado

Cortadora Tipo Slitter Cameron de Tela y

Goma

Sistema de Alimentacioacuten X

Sistema de Corte X

32

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 33: Arreglo Final

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Sistema de Almacenamiento X

Nota la X indica el sistema seleccionado

Habiendo seleccionado los principios de funcionamiento de las cortadoras se

realizaron una serie de propuestas

Preparacioacuten de la lista de medidas con estos resultados recopilados en la tabla

Nordm 5 se preparoacute una lista de medidas que reflejan de la manera maacutes directa posible el

grado al que la cortadora satisface las necesidades de la empresa a continuacioacuten en la

tabla Nordm 6 se observaran las medidas del equipo

Tabla Nordm 6 Lista de medidas

nuacutemero Nuacutemero de

necesidadMedida importancia Unidad

1 2 Peso de la maacutequina 3 Kg

2 1 Costo de manufactura 5 Bsf

3 5 Ergonomiacutea de la maacutequina 4 m

4 7 Tiempo de mantenimiento 5 h

5 6 Tiempo de corte 4 h

6 3 Tiempo de cambio de medida 4 min

7 4 Intervencioacuten con el operador 3 h

Con los datos de la tabla mostrada se construyoacute la matriacutez necesidades-medidas

que se presenta a continuacioacuten en la tabla Nordm 7

33

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

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Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

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Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

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34

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 35: Arreglo Final

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Tabla Nordm 7 Matriacutez de necesidades-medidas

medida

necesidad

1 2 3 4 5 6 7

Costo de

manufactura

Peso de

la

maacutequina

Tiempo

de cambio

de medida

Intervencioacuten

del operador

Ergonomiacutea

de la

maacutequina

Tiempo

de corte

Tiempo de

mantenimiento

1Bajo costo de

construccioacuten X X

2

Faacutecil

manipulacioacuten de a

maacutequinaX X

3Cambio raacutepido de

medida de corte X

4

Aprovecho total

del material

introducido en la

maacutequina

X

5

La maacutequina

presenta un

disentildeo

ergonoacutemico

X

6Realiza los cortes

precisos X

35

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 36: Arreglo Final

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Nota la X indica de queacute manera se mediraacuten las necesidades

36

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

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Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

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74

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Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 37: Arreglo Final

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Establecimiento de los valores ideales y marginalmente estables luego de haber

realizado una lista de las medidas de la cortadora se debe proceder a crear las

medidas ideales ya que como no existe otra maacutequina de estas en el mercado amerita

la creacioacuten de dichas medidas dichos valores fueron asignados por el disentildeador se

aprecian en la tabla Nordm 8

Tabla Nordm 8 Medidas ideales y marginalmente estables

Nuacutemero

Nuacutemero

de

necesidad

Medida Importancia UnidadValor

marginal

Valor

ideal

1 1Peso de la

maacutequina3 Kg 2500 2300

2 1Costo de

manufactura5 Bsf 120000 100000

3 4-5Ergonomiacutea de

la maacutequina4 m 2 170

4 2Tiempo de

mantenimiento5 h 2 125

5 6 Tiempo de corte 5 h 05 025

6 3

Tiempo de

cambio de

medida

4 min 5 2

7 2Intervencioacuten

con el operador

3 h 05 03

37

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 38: Arreglo Final

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Generacioacuten del concepto

Cuando la empresa muestra un retraso en la produccioacuten de goma para alimentar las

maacutequinas fabricadoras de los diversos tipos de goma en planta especiacuteficamente en

banbury muestra una baja la produccioacuten diaria y por lo tanto esto se ve reflejado en

las ganancias que percibe dicha empresa

Por tal razoacuten se quiere sacar de banbury el proceso de cortado es decir construir

una maacutequina nueva semiautomaacutetica para que de esta manera no se vea afectada la

produccioacuten del banbury 1 aumentando asiacute a la eficiencia del proceso

Para dar respuesta a esta necesidad de disentildear una maacutequina para el corte de la

goma Bridgestone Firestone Venezolana CA se hizo de los servicios deldepartamento de proyectos para presentar una propuesta de disentildeo para

posteriormente ser evaluada para que de este modo se pudieran satisfacer las

necesidades ya conocidas de la empresa

Finalmente luego de varias semanas de trabajo se generaron varios conceptos de

disentildeo que surgieron a partir de ideas extraiacutedas de las reuniones grupales consultas y

entrevistas de tal modo dichas propuestas son presentadas a continuacioacuten

Propuesta 1 esta propuesta muestra una maacutequina en su mayor parte automatizada

satisface la mayoriacutea de las necesidades de la empresa El funcionamiento de la

maacutequina es el siguiente la maacutequina es alimentada por la estructura de alimentacioacuten

con el material colocado sobre paletas estas paletas son colocadas debajo de la

estructura de alimentacioacuten que consta de dos rodillos que unen dos (2) estructuras de

soporte en forma de ldquoLrdquo y el rodillo superior consta de dos (2) cilindros neumaacuteticos

que hacen presioacuten sobre la goma para despegarla cuando esta se encuentre pegada

luego de que la goma pasa por estos rodillos pasa por la estructura de la cortadora en

siacute el sistema de corte de esta propuesta es el mismo que tiene una maacutequina ya

existente en planta la cortadora tipo Slitter cuyo sistema de corte es a traveacutes de flejes

de acero inoxidable cuyo principio de funcionamiento es el corte por cizalladura

38

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

42

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 39: Arreglo Final

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luego que la goma es cortada pasara a un sistema de dos (2) ejes con carretes

introducidos para que la goma que se va cortando se vaya almacenando en bobinas

dichos ejes seraacuten movidos por dos motores con un drive (elemento electroacutenico que

sirve para manipular el funcionamiento de uno o maacutes motores) para que vayan

controlando la tensioacuten de enrollado cuando estos se llenen los ejes se retiraraacuten del

acople con los motores a traveacutes del uso de una gruacutea tipo polipasto debido al peso que

gana cada eje con los carretes llenos

Figura 17 Propuesta 1 (alimentacioacuten y corte)

39

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 40: Arreglo Final

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Figura 18 Propuesta 1(almacenamiento)

Propuesta 2 esta propuesta presenta un sistema de corte mucho maacutes eficiente y

permisivo al momento de cambiar las medidas del corte el sistema de alimentacioacuten

permanece igual la estructura con los rodillos y cilindros neumaacuteticos el cambio en el

sistema de corte se debe a que se quiere utilizar dicha cortadora para sacar la mayor

cantidad de tiras de diferentes tamantildeos porque quieren eliminar otras cortadoras de

planta que se han vueltos deficientes con el pasar de los antildeos pero que no han podido

cambiar por otro lado el sistema de almacenamiento tambieacuten fue cambiado por un

sistema de almacenamiento que tiene una cortadora en Firestone Japoacuten cuyo

principio de funcionamiento es igual al sistema de almacenamiento de la cortadora

tipo Slitter y los carros de almacenaje son unas cajas de gran capacidad que se les

permite movilizar con el uso de montacargas

40

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

41

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

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Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

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74

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Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 41: Arreglo Final

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Figura 19 Propuesta 2 (sistema de alimentacion)

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

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Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

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Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

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Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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Page 42: Arreglo Final

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Figura 20 Propuesta 2 (sistema de corte)

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 43: Arreglo Final

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Figura 21 Propuesta 2 (sistema de almacenamiento)

43

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 44: Arreglo Final

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Figura 22 Propuesta 2 (carros almacenadores de Japoacuten)

Propuesta 3 esta propuesta fue la uacuteltima planteada ya anteriormente se tomaron

en consideracioacuten los cambios y las nuevas exigencias del cliente para la maacutequina el

sistema de alimentacioacuten seraacute la estructura en forma de L con los dos rodillos de

aluminio omitiendo los cilindros neumaacuteticos el sistema de corte se modifico la

manera en que se introduce la goma dentro de la estructura y el sistema de

almacenamiento se seleccionoacute el mismo que estaacute utilizando actualmente la cortadora

tipo Slitter A continuacioacuten se muestra un bosquejo de dicha propuesta

44

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 45: Arreglo Final

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Figura 23 Propuesta 3

Seleccioacuten de la propuesta

En la tabla Nordm 9 se muestra la comparacioacuten entre las tres (3) propuestas planteadas

45

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 46: Arreglo Final

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Tabla Nordm 9 Matriacutez comparativa entre las propuestas

46

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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48

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 47: Arreglo Final

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47

Necesidades Importancia

Calificacioacuten

Propuesta 1

Calificacioacuten

Propuesta 2

Calificacioacuten

Propuesta 3

Costo de manufactura5 5 3 5

Peso de la maacutequina3 2 4 3

Tiempo de cambio de

medida4 4 3 4

Intervencioacuten del

operador 4 5 4 3

Ergonomiacutea de la

maacutequina4 3 5 5

Tiempo de corte5 5 4 5

Tiempo de

mantenimiento5 4 4 4

TOTAL

30 28 27 29

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 49: Arreglo Final

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Despueacutes de aplicar la herramienta matriacutez de puntuacioacuten de concepto se determinoacute

que la propuesta maacutes adecuada para cortadora es la propuesta 3 dicha seleccioacuten se

realizo de la siguiente manera al sumar el valor de cada una de las propuestas por

separado estaacutes se comparan con la sumatoria de las importancias de las necesidades y

al conseguir el valor maacutes proacuteximo esa es la seleccionada como en este caso se ve que

la propuesta seleccionada fue la propuesta 3 Esta propuesta satisface la mayor

cantidad de necesidades planteadas por la empresa

Descripcioacuten de la maacutequina

La cortadora se disentildeoacute en tres (3) secciones es decir se disentildearon tres (3) cuerpos

independientes uno del otro para su mejor comprensioacuten y fabricacioacuten

Figura 24 Maacutequina cortadora de goma

Sistema de alimentacioacuten

49

Sistema de Alimentacioacuten

Sistema de Corte

Sistema de Almacenamiento

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

58

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 50: Arreglo Final

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Estaacute compuesta por dos (2) estructuras en forma de L dos (2) rodillos de aluminio

y dos (2) pequentildeas planchas que fijaran la maacutequina al suelo Su funcioacuten es darle un

camino a seguir a la goma que alimentara la cortadora

Figura 25 Sistema de alimentacioacuten

bull Estructuras en L estaacuten hechas de Acero ASTM A36 es la encargada de

soportar los rodillos por los que pasara la goma previamente a ser cortada

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en

la mayoriacutea por no decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

50

Estructuras en L

Planchas de fijacioacuten

Rodillos

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

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74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

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Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 51: Arreglo Final

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Sistema de corte

Estaacute compuesto por una base principal y un conjunto de estructuras de diversos

perfiles ademaacutes de soportar las cuchillas que cortaran la goma dos (2) rodillos de

aluminio de cinco pulgadas de diaacutemetro (5rdquo) siete (7) juegos de cuchillas una (1)

planchas de Acero ASTM A36 y una base conformada por cinco (5) piezas de Acero

ASTM A36 que soporta toda la estructura

Figura 26 Sistema de corte

bull Todas las estructuras incluyendo las bases los soportes y la plancha de unioacuten

estaacuten hechas de Acero ASTM A36 estas estaraacuten unidas a traveacutes de cordones de

soldadura que haraacuten que permanezcan estables donde se fijen dentro de la

estructura hay dos perfiles UPN 100 dichos perfiles se encuentran dentro del

almaceacuten de la empresa

51

Base de la estructura

Rodillo 2

Rodillo 1

Estructura de sop

Juegos de Cuchillas

Estructura de sopo

Motoreductor

Sistema de

Transmisioacuten

Plancha de unioacuten

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

53

Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

55

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

56

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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bull Los juegos de cuchillas dichas cuchillas son de accionamiento neumaacutetico la

empresa consta de un sistema interno de suministro de aire tiene dos liacuteneas de

suministro de aire una de alta y una de baja presioacuten siendo la de bajo de 80Psi

y la de alta de 150Psi las cuchillas funcionaran con una presioacuten de 90 Psi por

lo que estaacutes seraacuten conectadas a la liacutenea de alta ademaacutes estas seraacuten adquiridas

por la empresa desde el exterior

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los componentes mecaacutenicos que

estaacuten en contacto directamente con la goma que seraacute cortada Estos rodillos se

encuentran en el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la

mayoriacutea de las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Sistema de transmisioacuten es el encargado de transmitir la potencia desde el

motoreductor hasta el rodillo 2 de esta manera se garantiza que la goma sea

arrastrada fuera de las cuchillas luego del corte Dicho sistema consta de un

juego de correa-poleas ya que todo sistema principal de transmisioacuten por

seguridad debe de ser con correas para que en caso de que el motor se enclave

(no responda al control) dichos datos se encuentran en el Anexo F La

seleccioacuten de los rodamientos no fue necesaria ya que la estructuras que se hande utilizar para la fabricacioacuten de la Cortadora ya tiene las chumaceras

acopladas ademaacutes dichas estructuras estuvieron trabajando bajo condiciones

parecidas a las que seraacute sometida esta Cortadora

bull Motoreductor es el elemento mecaacutenico que ayuda a mover el rodillo 2 es

accionado por un pedal que estaacute en esta en el aacuterea de operacioacuten de la maacutequina

El motor se encuentra en el almaceacuten de la empresa y tiene las siguientes

especificaciones

Marca SEW

5 Hp

1750 rpm

52

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

54

Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

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Modelo R27

440V

50 ndash 60 Hz

Dichas especificaciones (motoreductor) fueron dadas por uno (1) de los ingenieros

electroacutenicos del departamento los datos de la cortadora le fueron entregados para que

el hiciera la seleccioacuten del equipo dichos datos se encuentran en el Anexo E

Sistema de almacenamiento

Estaacute compuesto por una estructura con varios perfiles y siete (7) rodillos tiene

como finalidad dirigir las tiras de goma ya cortadas para su almacenamiento en los

respectivos carros

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Estructura de soporte Rodillos

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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Figura 27 Sistema de Almacenamiento

bull Estructura de soporte es la que permite mantener la integridad de todo el

sistema en ella van colocados los rodillos que distribuiraacuten las tiras de goma

bull Rodillos estaacuten hechos de Aluminio-6061 son los encargados de dirigir la goma

a los carros almacenadores luego de ser cortada Estos rodillos se encuentran en

el almaceacuten de la empresa ya que los mismos son utilizados en la mayoriacutea por no

decir en todas las maacutequinas que se encuentran en planta

bull Planchas de fijacioacuten estaacuten hechas de Acero ASTM A36 son las encargadas de

fijar la estructura al suelo a traveacutes de cuatro (4) tornillos de media pulgada

(12rdquo)

Luego de la seleccioacuten de la cortadora se realizoacute un anaacutelisis de elementos finitos a

las piezas maacutes criacuteticas de la misma esto debido a que hay que corroborar que la

eleccioacuten de los materiales y dimensiones sean las adecuadas para la unioacuten de la

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Estructura de soporte

Planchas de fijacioacuten

Planchas de fijacioacuten

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 55: Arreglo Final

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maacutequina el anaacutelisis de esfuerzo se realizoacute basado en la teoriacutea de Von Misses dicho

anaacutelisis se realizoacute con el software Autodesk Inventor Professional 2011

El software para realizar el anaacutelisis necesita de algunos paraacutemetros como

bull Material de elemento a estudiar

bull Condiciones de borde a las que seraacute sometido

bull Condiciones de trabajo es decir cargas que actuaran sobre el elemento

bull Restricciones del elemento con respecto al entorno

bull Nuacutemero de nodos en caso de que el anaacutelisis se haga a traveacutes de una malla

bull Nuacutemero de iteraciones en la buacutesqueda de la solucioacuten maacutes adecuada

La mayoriacutea de las piezas deben ser fabricadas de Acero ASTM A36 a

continuacioacuten se presentan sus propiedades

bull Densidad 7850 Kgm3

bull Resistencia uacuteltima 400 MPa

bull Coeficiente de dilatacioacuten 117x10-6 ordmF

bull Modulo de rigidez 250 MPa

bull Modulo de elasticidad 200 GPa

bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Otro de los materiales empleados en la cortadora fue el Aluminio 6061 a

continuacioacuten se presentan alguna de sus propiedades las cuales se utilizaron para

realizar el anaacutelisis

bull Densidad 2700 Kgm3

bull Punto de fusioacuten 658 ordmC

bull Coeficiente de dilatacioacuten 2310x10-6 ordmC

bull Modulo de rigidez 30 MPa

bull Modulo de elasticidad 160 - 200 MPa

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 56: Arreglo Final

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bull Temperatura aproximada de servicio 30ordmC

Los elementos que soportan la mayor cantidad de cargas son los rodillos por donde

es enhebrada la goma las estructuras fueron disentildeadas en base a otras estructuras ya

existentes en planta cuyos disentildeos han sido sometidos a diferentes esfuerzos y los

han soportado por ellos los elementos criacuteticos de esta cortadora son los rodillos de

alimentacioacuten y los rodillos de la estructura de corte tambieacuten se pensariacutea que las

cuchillas necesitariacutean este tipo de anaacutelisis pero como se ha mencionado

anteriormente estaacutes no se van a fabricar sino que se van adquirir por lo que se pudo

prescindir de este anaacutelisis para ellas

Dicho anaacutelisis se realizoacute a traveacutes de mallas es decir que el elemento a estudiar se

tuvo que dividir en varias secciones de mismo tamantildeo en este caso las secciones

fueron 100 para el rodillo de la estructura de alimentacioacuten y 120 para el rodillo de la

estructura de corte estos garantizaron un anaacutelisis maacutes preciso ya que si la cantidad

de nodos utilizados estaacute por debajo los resultados fueran erroacuteneos de igual manera si

el nuacutemero de nodos excede a esteacute las secciones fueran muy pequentildeas y los resultados

fueran erroacuteneos

A continuacioacuten se presentan piezas analizadas con el software antes mencionado

Esta primera pieza es el rodillo de la estructura de alimentacioacuten sus caracteristicas

ya fueron emncionadas al aplicarsele el analisis se obtuvieron estos resultados

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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httpslidepdfcomreaderfullarreglo-final 7575

Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 57: Arreglo Final

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Figura 28 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Tensioacuten de Von Mises)

La figura 28 muestra a lo largo del eje as tensiones de Von Mises es decir las

presione que se van a ser aplicadas sobre el rodillo dichas tensiones se calculan de la

siguiente manera

Los primeros tres (3) teacuterminos viene a indicar los esfuerzos normales mientras

que los siguientes tres (3) teacuterminos indican los momentos ortantes

este las podraacute soportar en su totalidad si se observa la figura a un lado tiene una

escala de colores donde se muestra cual es el valor maacuteximo y el minio de Tensioacuten que

soportara el rodillo se observa que el valor maacuteximo de Tensioacuten aplicada seraacute

8753MPa si se compara este valor con el valor maacuteximo del esfuerzo de fluencia que

57

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

59

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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puede soportar el aluminio que es de 275MPa se observa que el maacuteximo aplicado es

mucho menor que el permisible por lo tanto dicho rodillo no fallara por causa de la

Tensioacuten aplicada sobre eacutel lo que nos puede ayudar a calcular un factor de seguridad

dicho factor es calculado como la relacioacuten que existe entre el Valor Ideal y el Valor

Real

N=Syσacute

Resolviendo esta ecuacioacuten tenemos Sy 275MPa y que σacute 8753MPa por lo que la

N= 314

Para que un disentildeo pueda ser aceptado tomando como uno de los criterios el

factor de seguridad dicho valor debe ser igual o mayor que uno (1) ya que el uno (1)indica que el valor miacutenimo es decir que la pieza soportara uacutenicamente esa carga

aplicada en caso que la carga sea excedida la pieza fallara pro eso se preveacute que el

factor de seguridad sea mayor que uno (1) y como se mostro anteriormente el factor

de seguridad obtenido por Tensioacuten de Von Mises es 314 quiere decir que el rodillo

puede soportar 314 veces la carga que se le estaacute aplicando

Para entender mejor esta figura se mostrara en la figura 29 un grafico donde se ve

la distribucioacuten de la Tensioacuten a lo largo de todo el eje del rodillo en el eje horizontal

se observa la Longitud del Rodillo y en el eje vertical se observa el valor de la

Tensioacuten que eta siendo aplicado resalta que los extremos del rodillo son los que se

encuentran maacutes tensionados y es algo que se espera que suceda ya que al rodillo estar

haciendo contacto o estar apoyado a un estructura en estos puntos estos deben de

soportar la mayor carga porque son los que transfieren la misma a la estructura donde

se sujetan

Se observa un liacutenea de tendencia de color rojo este liacutenea indica el comportamiento

ldquoidealrdquo de la curva dicho curva presenta la forma de una paraacutebola coacutencava donde su

punto maacutes bajo se encuentra justo en el medio del rodillo y es lo que se espera que

suceda ya que las cargas fueron concentradas en una carga concentrada y un torque

concentrado justo en el medio del rodillo para hallar dicho comportamiento ldquoidealrdquo

se debe realizar una reestructuracioacuten de la malla utilizada para esteacute estudio esto haraacute

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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que el comportamiento sea maacutes aproximado al de la liacutenea de tendencia cabe destacar

que este estudio fue realizado con la malla generada por defecto del programa por lo

que al tomar cada nodo para dicho estudio las separaciones entre cada uno no era

constante

Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Tensioacuten de Von Mises vs Longitud)

De igual manera hay que realizar el estudio por desplazamiento y deformacioacuten

para verificar que el rodillo no falle vaya a fallar en tal caso que asiacute sucediera se

deberaacute hacer la seleccioacuten de otro rodillo

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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httpslidepdfcomreaderfullarreglo-final 7475

el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 60: Arreglo Final

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Figura 30 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Desplazamiento Total)

En la figura 30 se observa el desplazamiento total del rodillo dicha imagen es la

recopilacioacuten de todos los desplazamientos del rodillo en todas las direcciones del

espacio es decir en el eje X Y y Z y la sumatoria de todos estos movimientos estaacuten

resultando asiacute un desplazamiento maacuteximo de 05127mm y uno miacutenimo de 0mm

Se observa que el desplazamiento mayor estaacute ocurriendo en el medio del eje es

decir que el rodillo tendraacute una tendencia a flectar en esta direccioacuten igual que el

estudio anterior existe un factor de seguridad que es igual es decir es una relacioacuten

entre el valor maacuteximo y el valor real dicha relacioacuten en esta figura es de N= 121

siendo el valor maacuteximo de desplazamiento que permite el rodillo de 06222mm este

factor dio muy cercano a uno (1) se podriacutea suponer que el rodillo si llega a fallar lo

hiciera primero por desplazamiento que por culpa de las tensiones aplicadas del

60

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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mismo para apreciar mejor este comportamiento se observara en la figura 31 la

grafica donde se ve el comportamiento de el desplazamiento con respecto a la

longitud del rodillo

Figura 31 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Desplazamiento vs Longitud del rodillo)

Se observa un desplazamiento parejo a lo largo del rodillo pero existe un pico

cerca del centro del mismo se observa un desplazamiento mayor a los demaacutes

medidos estos indica que el rodillo va a tender a moverse principalmente en su

centro pero como ya se calculo el factor de seguridad se aseguro que esteacute podriacutea

soportar dicho desplazamiento asiacute que se procederaacute a verificar por deformacioacuten si el

rodillo es el adecuado para el tipo de trabajo al cual seraacute sometido

Al comparar la curva generada con la liacutenea de tendencia sucede lo mismo que en

la grafica anterior (Von Mises vs Longitud del Eje) el comportamiento tendera a ser

61

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

62

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

Page 62: Arreglo Final

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una paraacutebola pero en este caso convexa donde su punto maacuteximo se encontrara justo

en el medio del rodillo de igual manera dicho comportamiento se apreciaraacute mejor si

se refinara la malla como se menciono anteriormente

Figura 32 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Deformacioacuten Equivalente)

Por uacuteltima figura del rodillo de alimentacioacuten se tiene la imagen de la deformacioacuten

equivalente estaacute es una relacioacuten que existe entre una distancia medida sobre un

cuerpo cualquiera y una la longitud total del cuerpo

ε= δL

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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Igualmente que con la figura del desplazamiento la deformacioacuten es una

deformacioacuten equivalente es decir es una sumatoria total de todas las deformaciones

que ocurren sobre todos los ejes del rodillo

La deformacioacuten maacutexima que permite el rodillo es de 00015483mm si se relaciona

con la deformacioacuten maacutexima permitida por el rodillo que es 0001191mm se obtiene

un factor de seguridad (N) dicho factor esta resultando N= 13 por lo tanto el rodillo

no fallara por deformacioacuten asiacute que la seleccioacuten del mismo fue acertada igualmente

se observara la grafica del desplazamiento para verificar dicho comportamiento

Figura 33 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de alimentacioacuten

(Grafica Deformacioacuten Equivalente vs Longitud del Eje)

El comportamiento es el esperado es decir que la cura de tendencia forma una

paraacutebola coacutencava donde su punto miacutenimo estaacute en el medio del rodillo y el maacuteximo

en ambos extremos que indica esto simplemente indica que la deformacioacuten maacutexima

se presenta en los apoyos esto debido a que son los puntos de contacto entre el

63

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

64

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

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rodillo y la estructura la seccioacuten (aacuterea) de rodillo es maacutes pequentildea comparada con el

diaacutemetro normal del rodillo

A continuacioacuten se detallara el mismo estudio para uno de los rodillos de la

estructura de corte este es el rodillo 2 de la estructura de corte y es el maacutes criacutetico

debido a que es donde se realizara el corte la cuchillas estaraacuten apoyadas sobre eacutel por

lo tanto es el que soportara mayor carga

Figura 34 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Von

Mises)

En la figura 34 se observa un rodillo de la estructura de corte dicho rodillo posee

un diaacutemetro de 5rdquo y un eje de 1rdquo posee las mismas caras aplicadas que las

presentadas sobre el rodillo de alimentacioacuten al igual que con el rodillo de la

estructura de alimentacioacuten se verificaraacute el factor de seguridad de el presente rodillo

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

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tomando como valor maacuteximo de trabajo 1201MPa y siendo el valor maacuteximo de

fluencia 275MPa se obtiene una relacioacuten de N= 22

El factor de seguridad obtenido es bastante alto iquestQueacute se indica que sea tan alto

Lo uacutenico que indica dicho valor tan alto es que el rodillo sobredimensionado muy por

encima de las condiciones de trabajo acontinuacion se mostrara una grafica donde se

ve el comportamiento de la Tensioacuten de Von Mises con respecto a la longitud del

rodillo

Figura 35 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

de Von Mises vs Longitud del Eje)

En la figura 35 se observa el comportamiento del eje al ser sometido a la tensioacuten

de trabajo cabe destacar que las graficas obtenidas en los anaacutelisis del rodillo de la

estructura de corte son mucho maacutes parecidos a la realidad ya que los puntos tomados

para la construccioacuten de las graficas estaacuten a una distancia mucho mas equidistante lo

que hace que el anaacutelisis sea maacutes detallado

La grafica presenta un comportamiento de tina asiacute como lo muestra la curva de

tendencia ademaacutes de mostrar un comportamiento simeacutetrico a lo largo de la curva

pero en la grafica (azul) se observa un comportamiento particular entre los tramos 0 ndash

65

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

66

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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500 y 1500 ndash 2000 esto es debido a que este rodillo presenta un cambio brusco de

seccioacuten de 5rdquo a 1rdquo y por esta razoacuten se observa ese conjunto de pintos tanto altos como

bajos

Figura 36 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Desplazamiento Equivalente)

En la figura 36 se observa el desplazamiento equivalente del rodillo ante la tensioacuten

aplicada sobre eacutel se observa que el rodillo puede soportar un maacuteximo de 00514078

mm pero de igual manera dicho rodillo presenta una deformacioacuten maacutexima de

001154mm buscando el factor de seguridad se tiene que N= 445

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

67

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

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Era de esperar que el rodillo soportara al deformacioacuten y se verifico con el factor de

seguridad por lo tanto el rodillo no fallara por el desplazamiento originado por la

carga aplicada acontinuacion la grafica de desplazamiento con respecto ala longitud

del eje daraacute una mejor interpretacioacuten de la figura 36

Figura 37 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte (Grafica

Desplazamiento Equivalente vs Longitud del Eje)

Se observa una paraacutebola convexa donde el punto maacuteximo se encuentra justo en el

medio esto es de esperarse ya que las cargas aplicadas fueron concentradas en el

medio del rodillo los puntos miacutenimo de desplazamiento obtenido fueron los extremos

y es loacutegico ya que el rodillo se encuentra sujeto a la estructura en los extremos y esto

impide que esteacute se mueva en cualquier direccioacuten perpendicular a estos apoyos

Por ultimo la figura 38 muestra el rodillo analizado por deformacioacuten equivalente

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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httpslidepdfcomreaderfullarreglo-final 7575

Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

75

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Figura 38 Anaacutelisis de Elementos Finitos del Rodillo de la estructura de corte

(Deformacioacuten Equivalente)

En la figura anterior (38) se observa la imagen del anaacutelisis en base a la

deformacioacuten equivalente que quiere decir que calculadas todas las deformaciones en

cada uno de los ejes se obtiene una resultante de todas estas deformaciones

observando al figura se detalla que la maacutexima deformacioacuten que se esta presentando es

en los extremos es decir en los apoyos esta deformacioacuten es de 152x10-4 mm

comparando y relacionando esta deformacioacuten con la maacutexima permitida por el rodillo

que es de 000281154mm se obtendriacutea un factor de seguridad de N= 1849 esto es

indicativo que el rodillo esta sobre disentildeado

68

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

74

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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para la aplicacioacuten que se le daraacute de igual manera acontinuacion se mostrara la

grafica donde se observa el comportamiento de la deformacioacuten equivalente a todo lo

largo del rodillo

Manual de construccioacuten

Una vez finalizada la etapa de disentildeo se procedioacute a la elaboracioacuten del manual de

construccioacuten donde se encuentran todos los disentildeos de las piezas de la cortadora y se

sentildealaron los procedimientos para el ensamble de la misma Esteacute consiste en una

lista de piezas codificadas alfanumeacutericamente donde las dos primeras letras

69

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

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representan las iniciales de la maacutequina y los cuatro (4) siguientes nuacutemeros el nuacutemero

asignado a la pieza a continuacioacuten un ejemplo de la codificacioacuten

MC -

Nombre del equipo

ldquoMaacutequina Cortadorardquo

Nuacutemero de la pieza

perteneciente a la maacutequina

Luego de la descripcioacuten y codificacioacuten de todas las piezas se presenta un

diagrama de cada uno de los ensambles necesarios para la fabricacioacuten de cada

estructura

Para mayor detalle revisar el Anexo B

Planos de despiece de conjunto y vistas en explosioacuten

Los planos elaborados se clasifican de manera funcional en planos de conjunto y

en explosioacuten Los planos de despiece contienen las dimensiones tales como espesor

altura longitud y codificacioacuten ademaacutes de la escala a la cual se encuentra la figura

Los planos de conjunto sentildealan la ubicacioacuten y posicioacuten correcta de las piezas y los

planos de vista en explosioacuten indica los ejes referenciales para el ensamble de cada

una de las estructuras

Los planos contienen un cajetiacuten de identificacioacuten donde muestra

bull El logo y nombre de la empresa

bull Titulo del proyecto

bull Contenido del plano

70

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

71

Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

72

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

73

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

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bull Nombre de quien lo proyectoacute

bull Quien lo reviso y quien lo cotejoacute

bull Fecha

bull Nuacutemero de plano

Para mayor detalle revisar el Anexo D A continuacioacuten en la tabla Nordm 10 un

resumen de los planos elaborados

Tabla Nordm 10 Resumen de planos

Funcionamiento del mecanismo

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Nuacutemero de Plano Nombre del Plano

17 Plano Maacutequina Completa

27 Plano Alimentacioacuten

37 Plano Ensamblaje Cortadora de Cuchillas

47 Plano Despiece Cortadora Cuchillas

57 Plano Base Estructura Cortadora

67 Plano Ensamblaje Almacenamiento

77 Planos piezas varias

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

Principio del formulario

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El funcionamiento se muestra en el manual del operario el cual estaacute en el Anexo

C

Anaacutelisis de costos

Para estimar el costo de fabricacioacuten de la cortadora de goma se investigoacute el valor

de cada uno de los elementos que la conforman Se visitaron talleres de

metalmecaacutenica y consultaron proveedores para asiacute tener un estimado de los costos de

los elementos Algunos de los equipos no se encuentran a nivel nacional por lo que

deben ser importados por la empresa o por otras empresas

La mano de obra es estimada de acuerdo a los suministros por algunos mecaacutenicos

torneros y talleres que se visitaron donde se les pidioacute un aproximado de su trabajo de

acuerdo al equipo que se desee construir

Los precios de los materiales y equipos necesarios para la construccioacuten de la

cortadora se ven reflejados en la tabla Nordm 11

Tabla Nordm 11 Costo de materiales y fabricacioacuten

Cantidad Materiales y equipos Costo (Bsf)

4 Perfil cuadrado de 2rdquo de Acero ASTM A36 5860 (cu)

1 Viga UPN 100 543027 (cu)

1 Angulo de Acero ASTM A36 de 3rdquox14rdquo 1450 (cu)

3 Lamina de Acero ASTM A 35 de 12 de espesor 4703 (cu)

9 Rodillos 2rdquo 1800 (cu)

5 Rodillos 5rdquo 2600 (cu)

1 Pedal de activacioacuten 1159 (cu)

1 Motor 5 Hp 5860

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

Multidisciplinario Meacutexico Editorial Mc Graw Hill

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1 Tubo hueco Acero ASTM A36 de 12rdquo de diaacutemetro 1300

7 Cuchillas 148356 (cu)

96

Tornillos arandelas planas y de presioacuten

grado 88 de frac12rdquo 90 (cu)

Mano de obra 845267

TOTAL 10942586

Capiacutetulo 5 Conclusiones

bull Se analizaron las necesidades y limitaciones existentes en BFVZ

determinando asiacute los paraacutemetros requeridos para poder desarrollar las

propuestas del disentildeo de una cortadora de tiras de goma

bull Se observaron y analizaron diferentes equipos que tambieacuten realizaban corte

dentro de la empresa obteniendo asiacute varias ideas para las propuestas

bull Se elaboraron varias propuestas las cuales fueron comparadas entre siacute mismas

a traveacutes de una matriacutez donde se seleccionoacute la propuesta de disentildeo quesatisface en mayor proporcioacuten las necesidades limitaciones y requerimientos

de la empresa aliviando asiacute Banbury1

bull El estudio de elementos finitos realizado arrojo muchos resultados entre uno

de ellos se puede decir que el rodillo de alimentacioacuten no fallara ni por la

tensioacuten aplicada ni por el desplazamiento equivalente ni por la deformacioacuten

equivalente sobre el rodillo en todos los casos se observoacute un factor de

seguridad mayor a 1 el miacutenimo obtenido fue de 12 por lo que quiere decir que le rodillo seleccionado si fue el correcto comparando las graficas entre si

se observa un comportamiento diferente al de la liacutenea de tendencia esto es

debido a la separacioacuten de los nodos de la malla iquestPor queacute sucedioacute Estos

sucedioacute porque la malla utilizada en el estudio fue la generada por defecto en

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

Universidad Nacional Experimental del Taacutechira Venezuela

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

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el software no quiere decir que fue erroacuteneo el estudio sino que se puede

mejorar planteando una malla maacutes uniforme es decir reestructurando la

malla Por otro lado el rodillo de la estructura de corte no se realizo ninguacuten

caacutelculo con respecto a la fatiga sobre los rodillos porque la maacutequina no estar

en contante trabajo todo el tiempo solamente estaraacute funcionando 2 horas por

turno ya que la cantidad de goma que generara seraacute suficiente para abastecer

la QCT por turno por lo tanto dichos rodillo seraacuten sometidos a esfuerzos

ciacuteclicos no constantes en el tiempo

bull Se elaboroacute un manual de construccioacuten detallando cada una de las piezas que

conforman el mecanismo presentando la secuencia de ensamble del mismo

bull Se elaboraron planos de despiece mostrando las dimensiones necesarias de

cada pieza para su fabricacioacuten planos de conjunto para la ubicacioacuten exacta de

cada pieza en el conjunto y planos con vistas en explosioacuten para facilitar la

comprensioacuten del ensamble

Referencias bibliograacuteficas

Sabino C (2000) El Proceso de Investigacioacuten Caracas Venezuela Editorial

Panapo de Venezuela CA

Moncada Z Leinys A (2010) Disentildeo de una maacutequina desmoldeadora paraquesos semi-maduros Trabajo de Aplicacioacuten Profesional (TAP) de pregrado

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especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

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Universidad pedagoacutegica experimental libertador Manual de trabajos de grado de

especializacioacuten y maestriacutea y tesis doctorales (2006)

Hodson W y Maynard (1996) Manual Del ingeniero industrial Meacutexico Editorial

Mc Graw Hill

Instituto Iberoamericano de Cooperacioacuten para la Agricultura Oficina en Colombia

(1992 ndash 2005) Agroindustria y dinaacutemica en Colombia Autor Martiacutenez C Heacutector J

Robert L Norton (1999) Disentildeo de Maacutequinas Meacutexico Editorial Pearson

Ulrich y Eppinger (2004) Disentildeo y Desarrollo de Productos Enfoque

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