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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD DE AZCAPOTZALCO

T E S I N A

QUE PARA OBTENER EL DIPLOMA EN

P R E S E N T A:

ING. RUBIO SILVA LAURA

CUIDAD DE MÉXICO, JULIO 2018

ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA MECÁNICA OPCIÓN EN AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS

INDUSTRIALES

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ELEVACIÓN PARA UNA LÍNEA ENSAMBLE

DE EQUIPOS DE COCCIÓN

DIRECTOR:

M. en C. Gerardo Villegas Medina

1

TABLA DE CONTENIDO

Resumen ........................................................................................................................................... 6

Abstract ............................................................................................................................................ 7 Justificación ..................................................................................................................................... 8 Objetivo general ............................................................................................................................... 9 Objetivos específicos ....................................................................................................................... 9 Descripción del problema .............................................................................................................. 10

Capítulo 1 Antecedentes ................................................................................................................ 12 1.1 Fundamentos de las líneas de producción ....................................................................... 13 1.2 Variaciones de productos ................................................................................................ 13

1.3 Métodos de transporte de trabajo .................................................................................... 13 1.3.1 Métodos manuales de transporte de trabajo ............................................................. 14 1.3.2 Métodos mecanizados de transporte de trabajo ....................................................... 14

1.4 Tipos de líneas de ensamble ............................................................................................ 14 1.5 Manejo de materiales....................................................................................................... 14

1.5.1 Equipo para manejo de materiales ........................................................................... 15

1.6 Ergonomía en las estaciones de trabajo ........................................................................... 16 1.7 Fundamentos de automatización ..................................................................................... 16

1.7.1 El automatismo secuencial ....................................................................................... 17 1.7.2 Técnicas de automatización ..................................................................................... 18

1.8 Neumática ........................................................................................................................ 20

1.8.1 Producción y distribución del aire comprimido ....................................................... 21

1.8.2 Actuadores neumáticos ............................................................................................ 21 1.8.3 Válvulas de control direccional ................................................................................ 22

1.9 Tipos de controles de procesos ........................................................................................ 23

1.10 Cadena de control de un sistema. ................................................................................ 24 1.10.1 Flujo de señales y la cadena de control .................................................................... 24 1.10.2 Tipos de señal........................................................................................................... 26

1.11 Elementos de control de un sistema secuencial electroneumático .............................. 27 1.12 Sensores ....................................................................................................................... 27

1.12.1 Sensores de comportamiento discreto. ..................................................................... 28 1.12.2 Sensores de proximidad de tipo discreto.................................................................. 29

1.13 Referencias .................................................................................................................. 30

Capítulo 2 Estado de la técnica ...................................................................................................... 31

2.1. Tipos de fuente de alimentación para el accionamiento de las mesas elevadoras .......... 33 2.2. Fabricantes y distribuidores en México ........................................................................... 38 2.3. Trabajos recientes ............................................................................................................ 38 2.4. Referencias ...................................................................................................................... 40

Capítulo 3 Diseño conceptual ........................................................................................................ 41

3.1 Modelo del proceso de diseño ......................................................................................... 42 3.2 Aplicación de la herramienta Q.F.D al sistema de elevación .......................................... 43 3.3 Análisis funcional del sistema de elevación .................................................................... 51 3.4 Concepto de diseño ......................................................................................................... 53 3.5 Referencias ...................................................................................................................... 56

Capítulo 4 Proceso de diseño ......................................................................................................... 57 4.1. Sistema mecánico ............................................................................................................ 58

2

4.1.1. Plataforma superior .................................................................................................. 60 4.1.2. Mecanismo de giro del sistema de elevación (brida) ............................................... 63 4.1.3. Base Superior ........................................................................................................... 73 4.1.4. Mecanismo de tijeras ............................................................................................... 76

4.1.5. Base inferior ............................................................................................................. 85 4.2. Sistema electroneumático ................................................................................................ 87

4.2.1. Cálculos para el cilindro neumático ......................................................................... 87 4.2.2. Diagrama de Fuerza neumático ................................................................................ 92 4.2.3. Diagrama de control eléctrico .................................................................................. 93

4.3. Referencias ...................................................................................................................... 97 Capítulo 5 Análisis financiero........................................................................................................ 98

5.1 Costos directos del sistema de elevación ........................................................................ 99

5.2 Costos indirectos del sistema de elevación ................................................................... 104 5.3 Costo total del sistema de elevación.............................................................................. 105 5.4 Inversión costo del sistema de elevación ...................................................................... 105

5.5 Referencias. ................................................................................................................... 107 Conclusión ................................................................................................................................... 108 Anexo A.- Especificaciones ......................................................................................................... 109

Sección A.1. Componentes mecánicos ................................................................................ 109 Sección A.2. Componentes eléctricos .................................................................................. 115

Sección A.3. Componentes neumáticos ............................................................................... 119 Anexo B.- Planos de Ingeniería ................................................................................................... 121

3

ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS

Fig. I.- Visa frontal de la mesa de ensamble……………………………………………………….v

Fig. II.- Línea de ensamble ............................................................................................................ 10 Fig. III.-Distribución de la nave y estaciones de trabajo. .............................................................. 11 Fig.1. 1.-Configuración general de una línea de producción…………………………..................13

Fig.1. 2.-Máquina automática mecánica ........................................................................................ 18 Fig.1. 3.- Máquina automática mecánica (continuación). .............................................................. 19 Fig.1. 4.-Automatismo neumático.................................................................................................. 19 Fig.1. 5.-Automatismo eléctrico .................................................................................................... 20 Fig.1. 6.-Esquema de control en lazo abierto ................................................................................. 23

Fig.1. 7.-Esquema de control en lazo cerrado ................................................................................ 24 Fig.1. 8.-Cadena de control ............................................................................................................ 24

Fig.1. 9.-Proceso de señales ........................................................................................................... 25 Fig.1. 10.-Flujo de señales ............................................................................................................. 25

Fig.1. 11.-Señales de un sistema de control ................................................................................... 26 Fig.1. 12.-Familia de sensores ....................................................................................................... 28

Fig.1. 13.-Respuesta de un sensor de tipo discreto ........................................................................ 28 Fig.1. 14.- Sensor magnético tipo reed switch ............................................................................... 29 Fig.2. 1.- Mesa Elevadora de accionamiento manual de la marca C&H Distributors………… 33

Fig.2. 2.-Mesa Elevadora de accionamiento neumático de la marca Herkules ............................. 33 Fig.2. 3.-Mesa Elevadora de accionamiento hidraulico de la marca Lift Products Inc. ................ 34

Fig.2. 4.-Mesa Elevadora de accionamiento eléctrico de la marca Direct Industry ...................... 34 Fig.2. 5.- Mecanismo de elevación tipo tijeras de la marca Lift Comp ......................................... 35

Fig.2. 6.-Mecanismo de elevación con tornillo de la marca Nosen ............................................... 35 Fig.2. 7.-Mecanismo cremallera piñon de la marca CNC Router Parts ......................................... 36

Fig.2. 8.-Mesa de elevación con mecanismo telescópico de la marca Global Industrial ............... 36 Fig.2. 9.-Mesa de elevación con mecanismo articulado de la marca Forever Stainless Steel ....... 37 Fig.2. 10.-Mesa de elevación con mecanismo articulado de la marca Direct Industry ................. 37

Fig.2. 11.-Vista isométrica de la mesa elevadora .......................................................................... 38 Fig.2. 12.-Vista superior del ensamblaje del brazo de la manivela ............................................... 39

Fig.2. 13.-Sección transversal del elevador de tijera ..................................................................... 39 Fig.3. 1.-Modelo del proceso de diseño según Michael French (1999)………………………….42

Fig.3. 2.-Techo de la casa de la calidad ......................................................................................... 46

Fig.3. 3.-Casa de la calidad del sistema de elevación .................................................................... 50 Fig.3. 4.-Árbol de funciones del sistema de elevación .................................................................. 52 Fig.3. 5.-Bosquejo del sistema de elevación .................................................................................. 55

Fig.4 1.-Proceso de diseño del sistema de elevación ……………………………………………..58

Fig.4 2.-Posiciones de fijación de un rodillo de gravedad ............................................................. 60 Fig.4 3.-Plataforma superior del sistema de elevación .................................................................. 61 Fig.4 4.-Especificaciones de los rodillos de gravedad ................................................................... 61 Fig.4 5.-Vista superior de la plataforma superior del sistema de elevación .................................. 62

Fig.4 6.-Vista superior de la plataforma superior del sistema de elevación .................................. 62 Fig.4 7.-Propiedades físicas de la plataforma superior .................................................................. 63 Fig.4 8.-Ensamble brida ................................................................................................................. 64

Fig.4 9.-Tipo de cargas que actúan sobre un rodamiento .............................................................. 65 Fig.4 10.-Rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular ............................................... 66

4

Fig.4 11.-Rodamientos de dos hileras de bolas de contacto angular ............................................. 66 Fig.4 12.-Rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto .................................................... 66 Fig.4 13.-Montaje de pernos .......................................................................................................... 67 Fig.4 14.-Anillo de retención externo y ranura del perno para rodamiento ................................... 68

Fig.4 15.-Escalón para montaje de pernos ..................................................................................... 68 Fig.4 16.-Montaje de pernos para rodamientos .............................................................................. 68 Fig.4 17.-Esfuerzos en el espacio 3D. ............................................................................................ 69 Fig.4 18.- Comparación del criterio del esfuerzo cortante máximo con el de la energía máxima de

distorsión. ....................................................................................................................................... 70

Fig.4 19.-Tensión de Von mises del perno para rodamiento de la brida ....................................... 71 Fig.4 20.-Deformación unitaria del perno para rodamiento de la brida ......................................... 71

Fig.4 21.-Desplazamiento resultante del perno para rodamiento de la brida ................................. 72

Fig.4 22.-Propiedades físicas de la brida ....................................................................................... 72 Fig.4 23.-Tensión de Von mises de la base superior ..................................................................... 75 Fig.4 24.-Deformación unitaria de la base superior ....................................................................... 75

Fig.4 25.-Desplazamiento resultante de la base superior ............................................................... 75 Fig.4 26.-Propiedades físicas de la base superior .......................................................................... 76 Fig.4 27.-Mecanismo de tijeras ...................................................................................................... 77

Fig.4 28.-Reacciones en los apoyos del mecanismo de tijeras ...................................................... 77 Fig.4 29.-Soporte de mecanismo de tijeras .................................................................................... 78

Fig.4 30.-Tensión de Von mises del perno para el soporte del mecanismo de tijeras ................... 80 Fig.4 31.-Deformación unitaria del perno para el soporte del mecanismo de tijeras .................... 80 Fig.4 32.-Desplazamiento resultante del perno para el soporte del mecanismo de tijeras ............ 80

Fig.4 33.-Rodamiento con seguidor de leva .................................................................................. 81

Fig.4 34.-Soporte del rodamiento seguidor de leva ....................................................................... 81 Fig.4 35.-Soportes de rodamientos fijos a la base superior e inferior ............................................ 82 Fig.4 36.-Propiedades físicas del mecanismo de tijeras................................................................. 82

Fig.4 37.-Perno del mecanismo de tijeras ...................................................................................... 83 Fig.4 38.-Tensión de Von mises del perno para la unión de las soleras de las tijeras ................... 84

Fig.4 39.-Deformación unitaria del perno para la unión de las soleras de las tijeras .................... 85 Fig.4 40.-Desplazamiento resultante del perno para la unión de las soleras de las tijeras ............ 85 Fig.4 41.-Tensión de Von mises del perno para la unión de las soleras de las tijeras ................... 86

Fig.4 42.-Deformación unitaria del perno para la unión de las soleras de las tijeras .................... 87 Fig.4 43.-Desplazamiento resultante del perno para la unión de las soleras de las tijeras ............ 87

Fig.4 44.-2D del mecanismo de tijeras plegado ............................................................................. 88 Fig.4 45.-2D del mecanismo de tijeras desplegado ....................................................................... 88

Fig.4 46.-Diagrama Espacio- Fase ................................................................................................. 91 Fig.4 47.-Diagrama Espacio- Fase del sistema de elevación ......................................................... 91 Fig.4 48.-Diagrama Espacio- Fase del sistema de elevación con para intermedia al retorno del

vástago ........................................................................................................................................... 92 Fig.4 49.-Diagrama de fuerza neumático ....................................................................................... 93

Fig.4 50.-Diagrama de control eléctrico ........................................................................................ 95 Fig.4 51.-Esquema de contactos del sistema de elevación editado en Zelio Soft 2. ...................... 96 Fig.5 1.- Sistema de elevación…………………………………………………………………..99

Fig.5 2.-Plataforma de elevación ................................................................................................. 105

Tabla 3. 1.- Requerimientos del cliente…………………………………………………………..43

Tabla 3. 2.- Agrupación de los requerimientos del cliente ............................................................ 44

5

Tabla 3. 3.-Ponderación de los requerimientos deseables ............................................................. 44 Tabla 3. 4.- Generación de los cómos de la matriz de calidad del sistema de elevación ............... 45 Tabla 3. 5.- Correlación de los qués con los cómo ........................................................................ 47 Tabla 3. 6.-Objetivos de diseño ..................................................................................................... 48

Tabla 3. 7. Matriz de calidad objetivos de diseño .......................................................................... 49 Tabla 3. 8.-Análisis funcional del sistema de elevación ................................................................ 51 Tabla 3. 9.-Cuadros morfológicos del sistema de elevación.......................................................... 52 Tabla 3. 10.-Evaluación de los conceptos de diseño ...................................................................... 53 Tabla 3. 11.-Funciones y subfunciones del concepto ganador ...................................................... 53

Tabla 3. 12.-Subensambles del sistema de elevación .................................................................... 55 Tabla 4. 1.- Dimensiones y masas críticas de los equipos de cocción……………………………59

Tabla 4. 2.-Comparación de los tipos de rodamientos ................................................................... 65

Tabla 4. 3.-Reacciones obtenidas del software MD Solids ............................................................ 78 Tabla 4. 4.-Entradas digitales ......................................................................................................... 94 Tabla 4. 5.-Salidas digitales ........................................................................................................... 95

Tabla 5.1.-Componentes mecánicos de la plataforma superior…………………………………100

Tabla 5.2.-Componentes mecánicos de la base superior ............................................................. 100 Tabla 5.3.-Componentes mecánicos para el mecanismo de giro ................................................. 101

Tabla 5.4.-Componentes mecánicos para el mecanismo de tijeras .............................................. 101 Tabla 5.5.-Componentes mecánicos para la base superior .......................................................... 101

Tabla 5.6.-Componentes mecánicos para los soportes del seguidor de leva ............................... 102 Tabla 5.7.-Componentes mecánicos para el soporte del cilindro ................................................ 102 Tabla 5.8.-Concentrado de costos material mecanico para el sistema de elevación .................... 102

Tabla 5.9.-Concentrado de costos del material eléctrico para el sistema de elevación ............... 103

Tabla 5.10.-Concentrado de costos del material neumatico para el sistema de elevación .......... 103 Tabla 5.11.-Concentrado de los costos de mano de obra directa el sistema de elevación ........... 104 Tabla 5.12.-Concentrado de los costos de mano de obra indirecta el sistema de elevación ........ 104

Tabla 5.13.-Costo total del sistema de elevación ......................................................................... 105

6

Resumen

El presente trabajo está enfocado al diseño de un sistema de elevación para una línea de ensamble

manual de equipos de cocción de una empresa mexicana, a partir de un diseño conceptual

obtenido de las necesidades del cliente mediante la metodología QFD, un análisis funcional, y la

matriz morfológica. Con el diseño conceptual se desarrolla de un diseño de un sistema elevación

que consta de un subsistema mecánico y un subsistema electroneumático, que permite regular la

altura permitiendo a través de un mecanismo de tijeras y un pistón neumático, facilitando así el

ensamble de los equipos a alturas de trabajo convenientes para los operadores.

El subsistema mecánico cuenta con una plataforma superior con rodillos de gravedad de acero

inoxidable que permiten el desplazamiento de los equipos a la siguiente estación de trabajo, el

operador aplica una fuerza sobre el equipo para lograr dicho desplazamiento. Para facilitar el

ensamble el sistema de elevación cuenta con un mecanismo de giro a base de rodamientos,

mismos que permiten el giro de la plataforma superior, lo que facilita el giro de los equipos,

permitiendo que el operador realice su operación.

El sistema cuenta con una interfaz para que el operador controle el ascenso o descenso de los

equipos de acuerdo con la altura conveniente de trabajo, además de contar con una ayuda visual

que señala el encendido, paro, altura máxima y altura mínima del sistema. En el capítulo 5 se

realiza el costo de cada subsistema, mano de obra directa e indirecta, así como la comparación

del sistema diseñado con un sistema que la empresa cotizo considerando su adquisición, y

finalmente se anexan las especificaciones y los planos del sistema.

7

Abstract

The present written work is focused on the design of a lifting system for a manual assembly line

of cooking equipment of a Mexican company, a conceptual design obtained from the needs of the

client through the QFD methodology, a functional analysis, and the morphological matrix. With

the conceptual design, an elevation system is developed that allows a mechanical subsystem and

an electropneumatic subsystem, which allows to regulate the height through a scissors

mechanism and a pneumatic piston, thus facilitating the assembly of the equipment at suitable

working heights the operators.

The mechanical subsystem has an upper platform with stainless steel rollers that allows the

equipment to be moved to the next work station, at the moment when the operator applies a force

on the equipment that was achieved. To facilitate the assembly of the lifting system has a

mechanism of rotation based on bearings, which allows the rotation of the upper platform, which

allows the operator to turn the equipment facilitating the assembly of these.

The electropneumatic subsystem has an interface for the operator to agree on the work team with

the help of a work system, in addition to having a visual aid that signals the ignition, stop,

maximum and minimum height of the system. In chapter 5, the cost of each subsystem, direct and

indirect labor, as well as the comparison of the system designed with a system that the company

listed considering its acquisition, is finally included in the specifications and in the plans of the

system

8

Justificación

La automatización del manejo de materiales reduce los costos de mano de obra, los daños a los

materiales, mejora la seguridad, puede mejorar la calidad e incrementar la producción

permitiendo a los trabajadores subir o bajar objetos pesados a niveles convenientes de trabajo,

ayudando a reducir el riesgo lesiones en la espalda, los hombros y cuello.

9

Objetivo general Diseñar un sistema de elevación para una línea de ensamble de equipos de cocción que posibilite

reducir el tiempo de ensamble y mejore las condiciones operativas, subir o bajar objetos pesados

a niveles convenientes de trabajo, ayudando a reducir el riesgo lesiones en la espalda, los

hombros y cuello.

Objetivos específicos

Implementar la herramienta de diseño QFD (Quality Function Deployment) para obtener

los requerimientos del cliente.

Proponer un diseño conceptual a través de herramientas como el árbol de funciones,

diagrama de Ishikawa y matriz morfológica.

Diseñar un sistema de elevación de altura regulable para realizar ensambles.

Realizar la simulación de los sistemas eléctrico y mecánico

10

Descripción del problema

Una empresa mexicana dedicada a la fabricación de equipos de cocción industrial presenta baja

productividad al ensamblar entre el 70 y 80 por ciento de su producción programada diariamente

(50 a 70 equipos por día), debido a los siguientes factores:

Diversidad de modelos en la línea de ensamble (Estufas, hornos, asadores, freidores,

parrillas, etc.)

Diversidad de pesos de los equipos (16 kg para el modelo más sencillo y 90 kg para el

modelo más complejo)

Diversos de tiempos de ensamble (el tiempo de ensamble del modelo sencillo es de17min

ensamble y tiempo de ensamble del modelo complejo es de 50 min)

Incremento del número de componentes a ensamblar por equipo debido a modificaciones

en los diseños, como parte de la estandarización e intercambiabilidad de piezas.

Para el primer trimestre del año 2017 hay un incremento de la demanda del producto del

25.57% al 45.85%, como causa de la expansión de mercado de la empresa, es decir se

comienza con la exportación de los equipos a Estados Unidos.

Todos los factores anteriores conllevan al incumpliendo del programa de producción. Para

solventar este problema la empresa extiende sus jornadas laborales, generando el pago de tiempo

extra al personal, el cual oscila entre los $35,000 y $40,000 mensuales.

Actualmente el ensamble de los equipos se realiza en una plataforma con 6 estaciones de trabajo

(Ver Fig.3), en la cual los operadores realizan el ensamble de los mismos por medio de

herramientas neumáticas para colocar la tornillería de sujeción en los componentes. Para llevar a

cabo dicha actividad los operadores realizan múltiples movimientos de ascenso y descenso sobre

la plataforma (Ver Fig. 1 y Fig. 2). Al realizar dichos movimientos los operadores realizan un

esfuerzo físico recurrente el cual puede deteriorar la salud de los mismos. Naturalmente el

cansancio físico y las enfermedades de los músculos y huesos son resultado de la combinación de

los 4 factores principales (postura, carga, duración y frecuencia), al realizar operaciones de forma

anti-ergonómica.

Fig. I.- Visa frontal de la mesa de ensamble. Fig. II.- Línea de ensamble

11

Fig. III.-Distribución de la nave y estaciones de trabajo.

12

Antecedentes

En este capítulo se presentan los fundamentos de las líneas de producción, tipos

de líneas que existen, así como una breve introducción al manejo de materiales, la

importancia de la ergonomía en el diseño de las estaciones de trabajo de las líneas

de producción, sirviendo como antecedentes del sistema de elevación a diseñar.

Los fundamentos de la automatización neumática, propiedades del aire

comprimido, así como los componentes necesarios para un sistema de control

electroneumático (dispositivos de entrada, de procesamiento y de salida).

13

1.1 Fundamentos de las líneas de producción

Una línea de producción consiste en una serie de estaciones de trabajo ordenadas para que el

producto pase de una estación a la siguiente y en cada ubicación se realice una parte del trabajo

total (Ver Fig. 1.1).

Fig.1. 1.-Configuración general de una línea de producción

La transferencia del producto a lo largo de la línea por lo general se realiza mediante un

dispositivo de transferencia mecánica o sistema de transporte, aunque algunas líneas de ensamble

manuales simplemente pasan entre las estaciones el producto a mano [1].

1.2 Variaciones de productos

Las líneas de producción se diseñan para afrontar las variaciones de los productos, siempre y

cuando las diferencias entre ellos no sean demasiado grandes. Pueden distinguirse tres tipos de

líneas:

1) Modelo único

Produce sólo un modelo y no hay variaciones en él.

2) Modelo por lotes

Produce cada modelo por lotes. Las estaciones de trabajo se configuran para producir la

cantidad deseada del primer modelo y después se reconfiguran para producir la cantidad

requerida del modelo siguiente, y así sucesivamente.

3) Modelo mixto

Se producen varios modelos; sin embargo, éstos se entremezclan en la misma línea, en

lugar de producirse por lotes. [1].

1.3 Métodos de transporte de trabajo

Existen formas de mover las unidades de trabajo de una estación a la siguiente. Las categorías

básicas son manual y mecanizada.

14

1.3.1 Métodos manuales de transporte de trabajo

Éstos implican pasar las unidades de trabajo entre las estaciones en forma manual y se asocian

con las líneas de ensamble manual. En algunos casos, las unidades de trabajo se mueven en forma

individual a lo largo de una tabla plana o un transportador sin energía (por ejemplo, un

transportador de rodillos) cuando se termina una tarea en cada estación, el trabajador

simplemente empuja la unidad a la siguiente estación. Un problema asociado con los métodos

manuales de transporte de trabajo es la dificultad para controlar la velocidad de producción de la

línea [1].

1.3.2 Métodos mecanizados de transporte de trabajo

Por lo general, se usan sistemas mecánicos de potencia para mover unidades de trabajo a lo largo

de una línea de producción. Éstos incluyen dispositivos para levantar y cargar, mecanismos para

levantar y colocar, transportes que utilizan energía eléctrica (por ejemplo, transportadores de

cadena colgantes, bandas transportadoras y transportadores de cadena al piso) y otro equipo de

manejo de materiales, algunas veces se combinan varios tipos en la misma línea [1].

1.4 Tipos de líneas de ensamble

Línea de ensamblaje manual:

Consiste en múltiples estaciones de trabajo dispuestas secuencialmente, en las cuales se realizan

operaciones de ensamble con trabajadores. El proceso realizado en la línea de ensamblaje manual

incluye operaciones de sujeción mecánica, soldadura por puntos, soldadura manual y uniones

adhesivas [2].

Línea de producción automatizada

Consiste en estaciones de trabajo automatizadas conectadas por un sistema de transferencia de

piezas cuyos actuadores están coordinados con las estaciones. En el ideal, ningún trabajador

humano está en la línea de espera para realizar funciones auxiliares como cambio de

herramientas, carga y descarga, y actividades de reparación y mantenimiento. Las líneas

automatizadas modernas son sistemas integrados que operan bajo el control de la computadora

[2].

Las líneas de producción automatizadas se pueden dividir en dos categorías básicas:

A) Líneas de transferencia

B) Máquina de indexación de marcado

1.5 Manejo de materiales

La manipulación de materiales a menudo se ha denominado "el arte y la ciencia de mover,

embalar y almacenar sustancias de cualquier forma” [3]. Las mejoras en el manejo de materiales

15

han tenido un efecto positivo sobre los trabajadores más que cualquier otra área de diseño del

trabajo y la ergonomía. En la actualidad, los trabajos físicos pesados se han eliminado de las

tareas manuales gracias a los equipos para el manejo de materiales. Cada gasto que se haga en el

negocio debe justificar su costo, y el equipo para manejar materiales no es la excepción. El dinero

para pagar dicho equipo debe provenir de las disminuciones en mano de obra, materiales o costos

indirectos, y los gastos deben recuperarse en dos años o menos [4].

El equipo de manejo de materiales ha reducido la monotonía del trabajo. Disminuyó el costo de

producción y mejoró la calidad de vida en el trabajo para casi todas las personas en la industria

actual [4].

Sin embargo, más de la mitad de todos los accidentes en la industria se atribuyen al manejo de

materiales. El equipo para manipularlo elimina la carga manual. En promedio, el manejo de

materiales es responsable del 50 por ciento del costo total de las operaciones. En ciertas

industrias, como la minería, este costo se incrementa al 90 por ciento del de las operaciones [4].

1.5.1 Equipo para manejo de materiales

Todo aditamento o herramienta que nos sirva para transportar un material de un lugar a otro será

un equipo de manejo de materiales.

La selección de equipos de manejo es una de las principales fases en un análisis de movimiento

de materiales, el costo de equipo, así como los costos auxiliares y los costos de instalación.

Bajos costos de operación, depreciación, estimación de costos de mantenimiento, licencias, etc.,

son factores a estudiar para determinar si la inversión es rentable.

Algunos beneficios son tangibles como el incremento en la producción, como la reducción de la

fatiga, prevención de accidentes, etc. [4].

Tipos de equipos para el manejo de materiales

La naturaleza de las industrias, los procesos de fabricación involucrados y los tipos / diseños de

máquinas y las plantas en operación son innumerables, por lo tanto, la variedad de equipos y

sistemas de manejo de materiales utilizado en la industria también es muy grande y diverso en

concepto y diseño. Una clasificación básica seria [5]:

(i) Vehículos industriales / Camiones.

(ii) Transportadores.

(iii) Equipo de elevación.

(iv) Equipo / Sistema de manejo a granel.

(v) Sistema de manejo robótico.

(vi) Contenedores y soportes.

(vii) Equipo Auxiliar.

16

1.6 Ergonomía en las estaciones de trabajo

La Ergonomics Research Society define la Ergonomía como “el estudio científico de factores

humanos en relación con el ambiente de trabajo y el diseño de los equipos (máquinas, espacios de

trabajo, etc.)”. [6]

Las consideraciones ergonómicas incluyen estatura, fuerza, alcance, visión, capacidad

cardiovascular, cognición, capacidad de supervivencia y, desde hace poco, lesiones musculares y

esqueléticas acumuladas por los empleados.

La ergomoción es la integración exitosa del trabajador con el ambiente del proceso para reunir al

ser humano y los elementos mecánicos del modo más eficiente posible, con el fin de incrementar

la productividad y proteger la inversión realizada tanto en el trabajador como en el equipo.

La Ergonomía se ha convertido en un concepto crítico en el lugar de trabajo del presente. Las

investigaciones indican que se pierden miles de horas de trabajo al año como resultado de las

LMR (Lesiones por Movimientos Repetitivos), y condiciones musculares y esqueléticas

relacionadas con ellas, atribuibles a tareas repetitivas de ensamblado. Este factor, combinado con

los costos en aumento de las compensaciones para

los trabajadores, ilustra la necesidad de sistemas de trabajo que minimicen el reto de las LMR, así

como la optimización de la productividad.

Diseñar el trabajo o la estación de modo que la tarea se adapte a la persona, en lugar de forzar al

cuerpo humano o a la psique a adaptarse al trabajo. Para lograr este principio, en apariencia

sencillo, aunque importante en extremo, hay un campo de la ergonomía que se denomina

antropometría, que proporciona la perspectiva sobre las proporciones físicas del cuerpo humano

[4].

La altura optima de la superficie de trabajo y equipos de trabajo debe oscilar ligeramente por

debajo de la altura del codo del trabajador, de manera que permita mantener el antebrazo

ligeramente inclinado hacia abajo (entre 87 y 97 cm) en relación al suelo. Si la tarea exige

esfuerzos considerables es decir manipulan objetos pesados, la altura ideal para situar el plano de

trabajo coincidirá con la altura del puño del trabajador, con el brazo extendido hacia abajo y la

mano cerrada entre (70 a 90 cm) en relación al suelo [7].

1.7 Fundamentos de automatización

La era moderna de la automatización comienza con la aparición en 1775 de la máquina de vapor

de simple efecto inventada por James Watt.

La automática se define como la ciencia y técnica de la automatización, que agrupa el conjunto

de disciplinas teóricas y tecnologías que intervienen en la concepción, la construcción y el

empleo de los sistemas automáticos.

Podría realizarse una distinción entre: la ingeniería de control, conjunto de los métodos

matemáticos de análisis y de síntesis de los sistemas automáticos y de sus elementos; y

automatización, que trata más específicamente de los problemas prácticos de secuencias

17

automáticas, que concierne a la teoría y a la tecnología de sensores, actuadores y equipos de

cómputo.

El funcionamiento de todo sistema automático se asienta en la comparación de una información

de mando, que describe el programa deseado, con una información de estado, confrontación de la

que se derivan las órdenes de mando que han de darse a los actuadores que actúan sobre el

sistema, modificando así su estado, comparación de la que se derivan las ordenes órdenes de

mando que han de darse a los actuadores que actúan sobre el sistema, modificando así su estado.

Esta sucesión de operaciones sucede en una estructura de lazo cerrado, donde un centro de

operaciones de mando y control asegura el buen comportamiento de la instalación.

Basados en el concepto matemático de autómata es decir el ente constituido por un conjunto de

reglas que definen estados y condiciones de cambio de estado, en los automatismos secuenciales,

de los que el ascensor constituye uno de los ejemplos clásicos, la información de estado viene

proporcionada generalmente por sensores binarios.

En los servosistemas, la información de estado adopta la forma de una o varias magnitudes que

caracterizan el estado del sistema. La energía comunicada a los actuadores se dosifica según las

diferencias entre esas magnitudes y los valores deseados, y el bucle de control actúa en tanto que

un sistema de cero automáticos tiende constantemente a anular la diferencia entre el valor actual

y el estado deseado.

Los sistemas adaptivos poseen, además de la facultad de la autocorrección de las variaciones de

una serie de parámetros, una facultad de autorregulación que les permite funcionar correctamente

en condiciones exteriores muy diversas. La resistencia a las perturbaciones y a las fluctuaciones

del entorno se ve así incrementada.

Otros son los denominados sistemas autodidácticos, en los que el programa de tratamiento de la

información se elabora y se perfecciona en curso de funcionamiento por autoaprendizaje bajo la

dirección de un super programa. Este principio se aplica entre otros a la identificación automática

de formas y de los sonidos.

En suma, los automatismos abarcan a los automatismos secuenciales, los servosistemas, los

sistemas adaptivos y los sistemas de autoaprendizaje [8].

1.7.1 El automatismo secuencial

Es un sistema cuyo funcionamiento emplea una secuencia de fases, según un conjunto de reglas

preestablecidas. En el caso más sencillo, el final de cada fase detectado por un sensor apropiado

da paso al inicio de la fase siguiente. Las condiciones de transición entre fases adoptan la forma

de condiciones lógicas más o menos complejas provocando cambios de estado del sistema

controlado.

El concepto de automatización lleva implícita la supresión total o parcial de la intervención

humana en la ejecución de diversas tareas: industriales, a agrícolas, domésticas, administrativas o

científicas. Se aplica la automatización tanto a las tareas más sencillas, tales como la regulación

de la temperatura de un horno o el mando secuencial de una máquina herramienta, como a las

18

más complejas, tales como la dirección mediante ordenador de una unidad química o la gestión

automatizada de un establecimiento bancario.

La automatización en el contexto histórico más reciente no solamente está relacionada con el

proceso mismo, sino también con la distribución de los productos fabricados o con la prestación

de servicios. Forma parte integrante la concepción y de la gestión de los grandes complejos

industriales, administrativos y comerciales. La automatización constituye particularmente, uno de

los factores de aumento de la productividad y mejora de la calidad.

Los principales componentes de la automatización son los transductores y los captadores de

información, los preaccionadores (relés, contactores, etc.) y accionadores (motores, órganos de

desplazamiento lineal, etc.), así como los órganos de tratamiento de la informa [8].

1.7.2 Técnicas de automatización

Existen diversas técnicas para la realización de automatismos: la electromecánica, la electrónica,

la neumática, etc.

1.7.2.1 Automatización mecánica

Los sistemas mecánicos suelen ser complicados por la abundancia de mecanismos y de escasa

flexibilidad.

Los mecanismos que los componen son: ruedas dentadas y poleas para transmisiones del

movimiento biela-, manivela, piñón-cremallera, etc., para la conversión del movimiento rectilíneo

en circular y viceversa; levas y palancas para la obtención de recorridos controlados, etc. (Ver

Fig. 1.2 y Fig. 1.3).

Fig.1. 2.-Máquina automática mecánica

García, E. (2001). Automatización de procesos industriales. México, D.F: Alfaomega.

19

Fig.1. 3.- Máquina automática mecánica (continuación).


1.7.2.2 Automatización neumática

La técnica neumática admite infinidad de aplicaciones en el campo de la máquina herramienta,

especialmente en los trabajos de fijación de piezas, bloqueo de órganos, alimentación de

máquinas y movimiento lineal de órganos que no requieran velocidades de actuación

rigurosamente constantes. Prácticamente la totalidad de las automatizaciones industriales tienen,

como elementos de mando, instalaciones neumáticas (Ver Fig. 1.4.).

Fig.1. 4.-Automatismo neumático


1.7.2.3 Automatización hidráulica

La hidráulica se prefiere en sistemas que deban desarrollar más trabajo y no sea primordial la

velocidad de respuesta. Este tipo de mando lo encontramos en prensas, diversas máquinas

herramientas, y por supuesto, en el automóvil: frenos, dirección e, incluso, suspensión.

1.7.2.4 Automatización eléctrica

Cualquier máquina, por sencilla que sea, va a tener algún tipo de automatismo eléctrico,

encargado de gobernar los motores o como función de mando dentro de la propia máquina (Ver

Fig. 1.5).

20

Fig.1. 5.-Automatismo eléctrico


1.7.2.5 Automatización electrónica

La llegada de la electrónica a la industria ha supuesto una verdadera revolución y ha permitido

que la automatización industrial dé un paso de gigante. La base de este avance en la

automatización ha dio el sistema digital, que ha desembocado en el ordenador y, naturalmente en

el autómata programable [9].

1.8 Neumática

La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento del aire y así en sus comienzos el

hombre utilizo el viento en la navegación y en el uso de los molinos para moler grano y bombear

agua.

Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con el empleo de

cilindros y motores neumáticos y se aplican en herramientas, válvulas de control y

posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, motores neumáticos, sistemas de

empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales,

vibradores, frenos neumáticos, etc.

Las ventajas que presenta el uso de la neumática son el bajo costo de sus componentes, su

facilidad de diseño e implementación y el bajo par o la fuerza escasa que puede desarrollar a las

bajas presiones con que trabaja (típico 6 bar) lo que constituye un factor de seguridad. Otras

características favorables son el riesgo nulo de explosión, su conversión fácil al movimiento

giratorio, así como al lineal, la posibilidad de transmitir energía a grandes distancias, una

construcción y mantenimiento fáciles y la economía en las aplicaciones.

Entre las desventajas figura la imposibilidad de obtener velocidades estables debido a la

compresibilidad del aire, los altos costes de la energía neumática y las posibles fugas que reducen

el rendimiento.

21

Los sistemas neumáticos se complementan con los eléctricos y electrónicos lo que les permite

obtener un alto grado de sofisticación y flexibilidad. Utilizan válvulas solenoide, señales de

realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de carrera.

El PLC (programmable logic ccontroller) les permite programar la lógica de funcionamiento de

un cilindro o de un conjunto de cilindros realizando una tarea específica.

En determinadas aplicaciones, tales como en movimientos de aproximación rápido y avance

lento, típicos de las fresadoras y rectificadoras, en la sujeción de piezas utilizada en los cortes a

alta velocidad sobre materiales duros y en la automatización de procesos de producción, se

combinan la neumática y la hidráulica en un circuito oleoneumático, utilizando la parte

neumática para el accionamiento y control y la parte hidráulica para el actuador [10].

1.8.1 Producción y distribución del aire comprimido El suministro de aire comprimido para instalaciones neumáticas comprende los apartados

siguientes:

-Producción de aire comprimido mediante compresores

-Acondicionamiento del aire comprimido para las instalaciones neumáticas

-Conducción de aire comprimido hasta los puntos de utilización

1.8.2 Actuadores neumáticos

Los actuadores neumáticos convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico

generando un movimiento lineal mediante servomotores de diafragma cilindros, o bien un

movimiento giratorio con motores neumáticos.

Los cilindros neumáticos de movimiento lineal son utilizados comúnmente en aplicaciones donde

la fuerza de empuje del pistón y su desplazamiento son elevados [10].

1.8.2.1 Cilindro neumático de movimiento lineal

El cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y

que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago.

Se compone de las tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio

pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de

suciedad.

En el cilindro neumático de doble efecto, el aire a presión entra por el orificio de la cámara

trasera y, al llenarla, hace avanzar el vástago, que en su carrera comprime el aire de la cámara

delantera que se escapa al exterior a través del correspondiente orificio.

En la carrera inversa del vástago se invierte el proceso, penetrando ahora el aire por la cámara

delantera y siendo evacuado al exterior por el orificio de la cámara trasera.

22

El cilindro neumático de simple efecto funciona de forma similar exceptuando que la carrera

inversa se efectúa gracias a la acción del muelle [10].

1.8.2.2 Cálculo de los cilindros neumáticos

La fuerza que ejerce un cilindro de doble efecto depende en la carrera de avance, de la presión del

aire, del área del pistón y del rendimiento de cilindro, y en carrera de retroceso se debe tener en

cuenta además del área del vástago [11].

El rendimiento del cilindro depende de la fabricación del mismo.

Para cilindros de diámetro igual o menor de 40mm, R=0.85

Para cilindros de diámetro mayor a 40 mm, R=0.95

Para calcular la fuerza de avance en un cilindro de doble efecto se debe aplicar la siguiente

fórmula.

𝐹𝐴 =𝑃×𝜋×𝐷2× 𝑅

4

Donde:

𝐹𝐴: Fuerza de avance del cilindro [N]

𝐷: diámetro del pistón [m]

𝑃: presión del aire [Pa]

R=rendimiento del cilindro

Para calcular la fuerza de retroceso hay que tener en cuenta que el área se reduce debido a la

presencia del vástago:

𝐹𝑅 =𝜋

4×(𝐷2 − 𝑑2)×𝑃 ×𝑅

Donde:

𝐹𝑅: Fuerza de retroceso del cilindro [N]

𝑑: Diámetro del vástago [m]

1.8.3 Válvulas de control direccional

Los cilindros neumáticos, como componentes para máquinas de producción y a objeto de lograr

correctamente, deben alimentarse o descargarse convenientemente y, en el momento que

deseamos según lo programado en el sistema de control.

23

Por lo tanto y según el tipo de válvulas, estas sirven para: orientar los flujos de aire, imponer

bloqueos, controlar su intensidad de flujo o presión. Para facilitar el estudio, las válvulas

neumáticas fueron clasificadas en los grupos siguientes [12]:

• Válvulas de Control Direccional

• Válvulas de Bloqueo (Anti-Retorno)

• Válvulas de Control de Flujo

• Válvulas de Control de Presión

Cada grupo se refiere al tipo de trabajo al que se destina más adecuadamente.

1.9 Tipos de controles de procesos

Hay dos formas básicas de realizar el control de un proceso industrial.

Control en lazo abierto El control en lazo abierto (Ver Fig. 1.6.) se caracteriza porque la información o variables que

controlan el proceso circulan en una sola dirección, desde el sistema de control al proceso. El

sistema de control no recibe la confirmación de que las acciones que a través de los actuadores ha

de realizar sobre el proceso se han ejecutado correctamente [13].

Fig.1. 6.-Esquema de control en lazo abierto

Control en lazo cerrado

El control en lazo cerrado (Ver Fig. 1.7), se caracteriza porque existe una realimentación a través

de los sensores desde el proceso hacia el sistema de control, que permite a este último conocer las

acciones ordenadas a los actuadores se han realizado correctamente sobre el proceso [13].

24

Fig.1. 7.-Esquema de control en lazo cerrado

1.10 Cadena de control de un sistema.

Una aproximación al desarrollo de un sistema de control es la de ver el sistema como si tuviera

tres secciones definidas. Estas comprenden los dispositivos de salida, los componentes que

controlan las salidas y los elementos que proporcionan las entradas y la información

realimentada. Estas divisiones representan una cadena de control en donde las señales y la

energía fluyen en un sentido identificable hacia el circuito [14].

1.10.1 Flujo de señales y la cadena de control

El controlador puede ser representado con un bloque que puede descomponerse posteriormente.

Un control también puede descomponerse en bloques para mostrar la disposición de los

componentes individuales. Al mismo tiempo, esto muestra el flujo de señales.

La cadena de control se caracteriza por un flujo que va desde la entrada de señales, a través del

procesamiento de estas señales hacia la salida de señales y ejecución de las instrucciones (Ver

Fig. 1.8).

Fig.1. 8.-Cadena de control

C. Rouff, H. Werner (1995). Manual de electroneumática. Festo d-73734 Esslingen

25

En términos de hardware, esto significa que para estas señales deben existir los dispositivos de

entrada, dispositivos de procesamiento y dispositivos de salida. Los dispositivos físicos pueden ser

interruptores reed, sensores electrónicos, relés, convertidores PE y actuadores neumáticos. (Ver

Fig.1.9)

Fig.1. 9.-Proceso de señales


En la figura 1.10 se muestran algunos ejemplos de asignación de dispositivos al flujo de señales.

Fig.1. 10.-Flujo de señales


26

1.10.2 Tipos de señal

Los sistemas de control utilizan una gran variedad de señales para controlar el flujo de energía a

través de la cadena de control (Ver Fig. 1.11). Las tres formas de señales se utilizan en varias

tecnologías, incluyendo neumática, electricidad y electrónica. En electroneumática, generalmente

se utilizan señales binarias.

Sistema de control analógico

Es aquel sistema de control que funciona predominante con señales analógicas, en la

sección de procesamiento de señales (DIN 19237)

Sistema de control digital

Es aquel sistema de control que funciona principalmente con señales digitales en la

sección de procesamiento de señales (DIN 19237)

Sistema de control binario

Es aquel sistema de control que funciona principalmente con señales binarias en la

sección de procesamiento de señales y en donde las señales binarias no son parte de una

representación de datos (DIN 19237)

Fig.1. 11.-Señales de un sistema de control


27

1.11 Elementos de control de un sistema secuencial

electroneumático

El circuito de control está dividido en tres principales etapas: la primera corresponde a los

dispositivos de entrada, la segunda a los dispositivos encargados de procesar información y la

tercera a los dispositivos de salida. Cada una de estas etapas tiene su función en la operación del

circuito de control.

Dispositivos de entrada

Son los dispositivos encargados de captar las señales del proceso o sistema y adaptarlas a niveles

de voltaje o corriente requeridos por el controlador del sistema secuencial.

Dispositivos de procesamiento

Es todo dispositivo utilizado para procesar la información obtenida de las señales de entrada

mediante una lógica cableada o programada. Su conexión genera la secuencia con que estará

operando el sistema, en este tipo de dispositivos se ubican memorias, temporizadores, contadores,

y funciones especiales con que cuenta un PLC.

Dispositivos de salida

Estos dispositivos son el medio para que los sensores capten señales del sistema y que los

componentes de procesamiento analicen la información mediante conexiones entre los ellos con

el fin de encender o apagar las funciones de salida que en un sistema secuencial electroneumático

son las bobinas de las válvulas direccionales.

1.12 Sensores

El monitoreo de las variables propias del proceso son una parte importante en los sistemas

automáticos, pueden ser desde variables complejas, como presión y temperatura, hasta más

sencillas como el posicionamiento del vástago de un actuador neumático aplicado a un circuito

electroneumático.

El sensor es el dispositivo que adapta las variables físicas del proceso en señales eléctricas para

que los sistemas de control puedan interpretarlas, en algunos casos es posible que estos

dispositivos sean conectados en forma directa y sin requerir de ningún dispositivo adicional a las

entradas del PLC, un sensor es considerado en la estructura de un sistema automático como el

observador del proceso.

Los sensores se dividen en 2 principales grupos: sensores analógicos y sensores de proximidad

del tipo discreto. Cada uno tiene su campo de aplicación en los sistemas automáticos. La

aplicación de los sensores discretos es más sencilla comparada con los sensores de tipo analógico

ya que éstos requieren un algoritmo de control más complicado. En la Fig. .1.12 se muestra como

se agrupan los sensores de acuerdo al modo de operación.

28

Fig.1. 12.-Familia de sensores

Soria Tello, S. (2013) Sistemas automáticos industriales de eventos discretos. México: Alfaomega

1.12.1 Sensores de comportamiento discreto.

Estos sensores forman parte de la secuencia de un sistema automático. Son sensores de todo o

nada, por lo que las respuestas obtenidas son presencia o ausencia de objeto o de la variable a ser

detectada, lo que da como respuesta un nivel lógico de “1” a la presencia y de “0” a la ausencia,

como se muestra en la Fig. 1.13.

Fig.1. 13.-Respuesta de un sensor de tipo discreto

Soria Tello, S. (2013) Sistemas automáticos industriales de eventos discretos. México: Alfaomega

29

Este tipo de sensores está compuesto por dos grupos: sensores de contacto y sensores de no

contacto.

Sensores de objetos por contacto.

Los interruptores de contacto son dispositivos electromecánicos o bimetálicos que detectan

cambios a través del contacto físico directo con el objeto o la variable a ser detectada. En ambos

casos no se mide la variable, solo se detecta.

1.12.2 Sensores de proximidad de tipo discreto

Los sensores de proximidad se caracterizan por no tener contacto con el objeto a ser detectado,

operan generando un campo de energía o haz luminoso que depende de la característica de

operación del sensor.

La mayoría de los sensores de proximidad cuentan con la salida de estado sólido y son a base de

transistor, transistor efecto de campo, TRIAC (TRIode for Alternative Current) y salida

analógica; cada uno tiene su campo de aplicación. El del sensor con salida a Triac está en los

sistemas donde el control o PLC tiene entradas de corriente alterna y el de salida a transistor se

encuentra en los sistemas de voltaje de corriente directa.

-Sensores inductivos

-Sensores capacitivos

-Sensores ópticos

-Sensores de detección magnética

Sensores de detección magnética

Los sensores de campo magnético son sensores de proximidad que responden a la presencia de un

campo magnético son sensores de proximidad. La distancia de operación es proporcional a la

intensidad del campo magnético.

El sensor del tipo reed switch consiste en un par de contactos ferrosos encerrados al vacío dentro

de una cápsula sellada de vidrio (Ver Fig. 1.14). Al acercarse a un campo magnético, los

contactos del sensor se unen y cierran un circuito eléctrico. La rigidez de los contactos hará que

se separen al desaparecer el campo magnético. Este sensor suele ser el más común en

aplicaciones de electroneumática.

Fig.1. 14.- Sensor magnético tipo reed switch

Soria Tello, S. (2013) Sistemas automáticos industriales de eventos discretos. México: Alfaomeg

30

1.13 Referencias

[1] Groover M. (2007). Fundamentos de manufactura moderna. México, D.F: Mc Graw Hill

[2] A.K Gupta (2007). Industrial Automation and Robotics. Boston, USA: Laxmi Publications

[3] Kulwiec Raymond A. (1985)., Materials Handling Handbook, USA, Wiley- Interscience

Publication

[4] Meyers, F., Stephens, M. Diseño de instalaciones de manufactura y manejo de materiales.

México, D.F.: Pearson Educación

[5] Siddhartha Ray (2008). Introduction Materials handling. New Delhi, India, New Age

International

[6] López, J. (2008). Equipo de manejo de materiales. México, D.F: Universidad autónoma

metropolitana

[7] Gómez, J., Garnica, A. Ergonomía aplicada. Bogota, Colombia: ECOE Ediciones.

[8] García, E. (2001). Automatización de procesos industriales. México, D.F: Alfaomega.

[9] Cembranos, F. (2001). Automatismos eléctricos, neumáticos e hidráulicos. España: Thomson

[10] Creus, Antonio (2007), Neumática e Hidráulica. España: Marcombo S.A

[11] Berrio Zavala Luis G. (2007), Neumática básica. Medellín, Colombia: Fondo Editorial ITM

[12]Parker Training (2003), Manual: Tecnología Neumática Industrial. Brazil

[13Romera, Pedro J., Lorite Antonio J.. Montoro, Sebastian (1994). Automatización problemas

resueltos con autómatas programables. España: Editorial Paraninfo

[14] C. Rouff, H. Werner (1995). Manual de electroneumática. Festo d-73734 Esslingen

[15] Soria Tello, S. (2013) Sistemas automáticos industriales de eventos discretos. México:

Alfaomega

31

Estado de la

técnica

En este capítulo se presentan las características de las mesas elevadoras, las

consideraciones para su selección, los tipos de fuentes de alimentación utilizados

para el accionamiento de estas y mecanismos comúnmente usados. Se mencionan

algunos de los fabricantes, así como marcas que se distribuyen a nivel nacional y

finalmente algunas patentes de mesas de elevación.

32

Las compañías que incorporan dispositivos de elevación y asistencia en el lugar de trabajo

pueden esperar una reducción en las lesiones y una mayor productividad por parte del trabajador.

Un tipo simple de equipo de asistencia ergonómica es la mesa elevadora o elevador de tijera,

llamado así por su movimiento similar al del brazo en forma de tijera durante su funcionamiento,

aumentan el nivel de trabajo a una altura aceptable para cualquier trabajador [1]. Las mesas elevadoras se han usado en una variedad de aplicaciones. Estos se dividen en cinco

áreas principales: apilar y desapilar, levantar e inclinar, posicionamiento de trabajo, subir y bajar,

y como plataformas elevadoras.

La mesa elevadora generalmente consta de los siguientes componentes: una base para estabilizar

el quipo, un ensamble de tijera, una plataforma sobre la cual se coloca la carga útil, y un medio

para suministrar fuerza para subir y bajar la plataforma [2].

La mayoría de las bases están diseñadas para uso estacionario, aunque muchos fabricantes

ofrecen un modelo portátil opcional con ruedas en la base. Por lo general, la base tiene dos

propósitos. Proporcionar estabilidad y contener los rieles que guían el conjunto de tijeras. Como

el diseño requiere que la base se extienda hacia arriba varias pulgadas cuando está

completamente abajo, algunos dispositivos se instalan con la base empotrada en el piso y otros se

instalan adentro de un pozo lo que permite que la superficie superior de la mesa se baje al ras de

la superficie del piso.

El conjunto de tijera de la mesa elevadora proporciona el soporte de la plataforma en todo su

rango de movimiento. A medida que se introduce la fuerza, las "patas" de las tijeras se empujan

juntas o se separan. La cantidad de desplazamiento vertical está determinada por la longitud de

las patas, pueden proporcionar un recorrido vertical igual a aproximadamente el 70% de su

longitud [1].

Las mesas elevadoras encuentran ocupación en muchos talleres y almacenes donde el ascenso y

descenso mecánico a pequeña escala de los objetos es óptimo.

Hay cuatro consideraciones importantes al decidir sobre una mesa elevador son:

Capacidad: el peso máximo que la mesa puede soportar.

Tamaño: las dimensiones físicas de la mesa elevadora.

Carrera: la capacidad de elevación de la mesa elevadora, desde la contracción hasta la

expansión completa.

Manera operacional: la fuente de poder y el mecanismo que proporciona la elevación a la

mesa.

El control de elevación generalmente es proporcionado por un control de mano o pie, y algunos

modelos pueden tener integración electrónica. Las versiones que también cuentan con una mesa

inclinable dependerán de interfaces. El ascenso y el descenso de velocidad ajustable pueden ser

características populares cuando se trata de cargas dinámicas, no centradas o cambiantes, como

los líquidos. Tales cargas también se benefician de un contrapeso integral y bordes de retención.

Finalmente, los modelos que incorporan un carrusel en el diseño permiten a los operadores girar

la carga sin descargar [3].

33

2.1. Tipos de fuente de alimentación para el accionamiento de

las mesas elevadoras

Normalmente, la potencia solo se suministra a la mesa de elevación cuando se eleva la

plataforma. Las fuentes de alimentación a las mesas elevadoras son [3]:

Manual

La elevación se realiza con una manivela, una bomba, o un tornillo que depende del operador

para la estimulación. Esto es importante en mesas elevadoras ligeras, pero puede ser adecuado

para cargas pesadas o de gran volumen (Ver Fig. 2.1).

Fig.2. 1.- Mesa Elevadora de accionamiento manual de la marca C&H Distributors

Neumático

La elevación se logra mediante el uso de un cilindro de aire presurizado junto con un mecanismo

de compresión o, más raramente, un resorte neumático (Ver Fig. 2.2).

Fig.2. 2.-Mesa Elevadora de accionamiento neumático de la marca Herkules

34

Hidráulico

Fluidos hidráulicos presurizados accionan un actuador lineal para elevar la mesa. Se requiere una

bomba hidráulica acompañante (Ver Fig.2.3).

Fig.2. 3.-Mesa Elevadora de accionamiento hidraulico de la marca Lift Products Inc.

Eléctrico

Los motores eléctricos proporcionan una fuente de potencia de rotación que puede potenciar la

elevación con el uso de una ventaja mecánica, como un mecanismo de piñón / cremallera o un

elevador de cadena (Ver Fig. 2.4).

Fig.2. 4.-Mesa Elevadora de accionamiento eléctrico de la marca Direct Industry

35

Mecanismo de elevación

Los siguientes mecanismos de elevación no son exclusivos del diseño ya que se pueden utilizar

dos tipos de mecanismo para proporcionar la elevación necesaria.

Tijeras

Los elevadores de tijera son de lejos el tipo más común de mesa elevadora. La fuente de poder

que actúa sobre la base de un pantógrafo para extender los soportes de la mesa. La carrera del

elevador puede cambiar drásticamente al aumentar el número de soportes sin requerir un aumento

de potencia (Ver Fig. 2.5).

Fig.2. 5.- Mecanismo de elevación tipo tijeras de la marca Lift Comp

Tornillo

Dependiendo de la rosca helicoidal de un tornillo, la mesa se traslada a lo largo del tornillo

mientras gira (Ver Fig. 2.6).

Fig.2. 6.-Mecanismo de elevación con tornillo de la marca Nosen

36

Cremallera - piñón

La locomoción vertical es proporcionada por el accionamiento de una cremallera y su piñón

relacionado (Ver Fig. 2.7)

Fig.2. 7.-Mecanismo cremallera piñon de la marca CNC Router Parts

Telescópico

Actuadores lineales se almacenan dentro de la cavidad hueca de un cilindro más grande, a veces

en varias secciones (Ver Fig.2.8).

Fig.2. 8.-Mesa de elevación con mecanismo telescópico de la marca Global Industrial

37

Articulado

Las mesas elevadoras articuladas tienen brazos articulados que se extienden mediante el uso de

actuadores lineales. Por lo general, estos pueden ofrecer algún movimiento horizontal además de

la elevación vertical (Ver Fig. 2.9).

Fig.2. 9.-Mesa de elevación con mecanismo articulado de la marca Forever Stainless Steel

Cadena y piñón

Un piñón giratorio con un accionamiento de cadena orientado verticalmente puede suministrar la

fuerza requerida para elevar la mesa elevadora (Ver Fig. 2.10).

Fig.2. 10.-Mesa de elevación con mecanismo articulado de la marca Direct Industry

38

2.2. Fabricantes y distribuidores en México

En la actualidad existen una gran cantidad de fabricantes de mesas de y distribuidores de mesas

de elevación en México.

Algunos de los fabricantes de mesas de elevación en México son:

Cormac Industrial S.A de C.V

Conveyor and rollers S.A de C.V

Inedesca S.A de C.V

Lift and Compactors Mexico S.A de C.V

Algunas de las marcas que se distribuyen en México son:

Backsaver

Lift Product, Inc.

SouthWorth Products

Dayton

Bishamon

2.3. Trabajos recientes

Existen una gran cantidad de trabajos sobre mesas de elevación con sistema de tijeras, algunas de

las patentes son:

Plataforma elevadora de tijera con control electrónico

La invención se refiere generalmente a una plataforma elevadora que tiene un sistema de control

electrónico. Específicamente, la plataforma elevadora se sostiene a través de un sistema doble de

tijeras de soporte en su parte inferior. La plataforma de elevación se caracteriza porque también

incluye una unidad hidráulica que opera electrónicamente para controlar automáticamente la

posición deseada en su movimiento hacia arriba o hacia abajo originado por el movimiento de los

brazos móviles de las tijeras en una pista en el plano horizontal (Ver Fig. 2.11) [4].

Fig.2. 11.-Vista isométrica de la mesa elevadora

39

Scissors lift platform with electronic control (1996). U.S. Patent No. 5,695,173

Mecanismo de elevación de tijera

Una mesa elevadora de tijera para su uso en un automóvil similar, el elevador tiene unas patas de

tijera conectadas entre sí por un eje. El mecanismo de manivela redirige la fuerza de un cilindro

hidráulico a una fuerza generalmente vertical en una bisagra que conecta las patas de tijera del

elevador (Ver Fig. 2.12) [4].

Fig.2. 12.-Vista superior del ensamblaje del brazo de la manivela

Scissors lift mechanism (2004) U.S. Patent No. 6,679,479

Elevador de tijeras y uso de elevador de tijera

Se describe un elevador de tijera que incluye un marco inferior, un marco superior, un

mecanismo de tijera dispuesto entre el marco inferior y el marco superior para desplazar el marco

inferior y el marco superior uno con respecto al otro mediante la fuerza proporcionada por un

actuador lineal. Un engranaje dispuesto entre el mecanismo de tijera y el actuador lineal, donde

el actuar lineal tiene un punto unión con en un extremo de un brazo de palanca del engranaje, el

marco de superior está conectado a un punto de unión con el armazón inferior en el otro extremo

del brazo de palanca, donde el mecanismo de tijera está conectado a la palanca a través de una

articulación pivotaje del brazo de palanca dispuesta entre el punto unión del actuador lineal y el

punto de unión del marco inferior (Ver Fig. 2.13) [6].

Fig.2. 13.-Sección transversal del elevador de tijera

40

2.4. Referencias

[1] Society of Manufacturing Engineers (1998). Tool and Manufacturing Handbook: Material and

Part Handling in Manufacturing (Fourth Edition). Dearborn, Michigan, United States of America:

Library of Congress

[2] Bhattacharya, A., McGlothlin. (1996). Occupational ergonomics: theory and applications.

New York, United States of America: Library of Congress

[3] Material Handling equipment (s.f.). Descargado de: https://www.globalspec.com

[4] Valencia A., Uribe J. A. Scissors lift platform with electronic control (1997). U.S. Patent No.

5,695,173. Querétaro, México

[5] Watkins D. Scissors lift mechanism (2004) U.S. Patent No. 6,679,479. Alliance, OH (US)

[6] Olsen Martin. Scissors lift and use of a scissor lift (2014) U.S. Patent No. 8,888,070. Viborg,

Denmark

https://www.globalspec.com/

https://en.wikipedia.org/wiki/Viborg,_Denmark

https://en.wikipedia.org/wiki/Viborg,_Denmark

41

Diseño

conceptual

En este capítulo se aplica la herramienta QFD para identificar las necesidades del

cliente, la generación de los conceptos de diseño a partir del análisis funcional y

árbol de funciones, mismos que al final son evaluados mediante la matriz

morfológica para obtener un concepto de diseño para el sistema de elevación.

42

3.1 Modelo del proceso de diseño

Para la obtención del diseño del sistema de elevación se utiliza el modelo del proceso de diseño

según French (Ver Fig. 3.1) [1]. La primera etapa es identificar las necesidades de cliente la cual

se llevará a cabo mediante la herramienta Q.F.D (Quality Function Deployment).

Mediante las herramientas tales como el análisis funcional, el árbol de funciones y cuadros

morfológicos se proponen alternativas de diseño (es decir conceptos de diseño), los cuales serán

evaluados para definir un concepto de diseño.

Fig.3. 1.-Modelo del proceso de diseño según Michael French (1999)

Ángeles, Jorge (2007). El Concepto de Complejidad Como Criterio de Diseño en Ingeniería Mecánica. XIX Congreso Nacional

de Ingeniería Mecánica. Pág.3

43

3.2 Aplicación de la herramienta Q.F.D al sistema de elevación

La herramienta Q.F.D es un proceso y conjunto de herramientas que se utilizan para definir de

manera efectiva los requisitos del cliente y convertirlos en especificaciones detalladas de

ingeniería [2]

Identificación del cliente:

Empresa metalmecánica dedicada a la fabricación de los equipos de cocción industrial

Determinación de los requerimientos del cliente (“qués”)

Obtención de la “voz del cliente”.

En la tabla 3.1 Se muestran los 15 requerimientos obtenidos del cliente.

N° ¿Qués?

1 Que permita ensamblar los equipos sin importar el modelo

2 Que permita desplazar el equipo a la sig. estación de ensamble

3 Que se pueda rotar el equipo

4 Que soporte el peso de los equipos

5 Que los equipos no se rayen

6 Que sea estable

7 Que no se requiera obra civil

8 Que utilice energía neumática y/o eléctrica

9 Que sea durable

10 Que sea fácil de operar

11 Que sea seguro

12 Que pueda regular la altura para ensamblar los equipos sobre el

13 Que sea resistente

14 Que los costos de mantenimiento sean bajos

15 Que sea barato

Tabla 3. 1.- Requerimientos del cliente

Tipos de requerimientos.

Se deberán agrupar estas necesidades por tipos de requerimientos. Así, estarán los requerimientos

funcionales como aquellos que describen el comportamiento del producto, su interacción con el

hombre y el entorno, su vida, las posibilidades de fallo y reparación, las restricciones espaciales,

estéticos, de seguridad, medioambientales, etc. [3]

En la tabla 3.2 se agrupan los requerimientos del cliente, en 4 grupos los requerimientos

funcionales, de calidad, ergonómicos, de seguridad, así como los requerimientos deseables que

son aquellos que no afectan el funcionamiento del sistema, por el contario proporcionan una

característica o valor adicional.

44

Número Nomenclatura Funcionales

1 RO1 Que permita ensamblar los equipos sin importar el modelo

2 RO2 Que permita desplazar el equipo a la sig. estación de ensamble

3 RO3 Que se pueda rotar el equipo

4 RO4 Que soporte el peso de los equipos

5 RO5 Que sea resistente

6 RO6 Que sea estable

7 RO7 Que no se requiera obra civil

8 RO8 Que utilice energía neumática y/o eléctrica

Número Nomenclatura Calidad

1 RO9 Que los equipos no se rayen

Número Nomenclatura Ergonómicos

1 RO10 Que pueda regular la altura para ensamblar los equipos sobre él

Número Nomenclatura Seguridad

1 RO11 Que sea seguro

Número Nomenclatura Deseables

1 RD1 Que sea durable

2 RD2 Que sea fácil de operar

3 RD3 Que los costos de mantenimiento sean bajos

4 RD4 Que sea barato Tabla 3. 2.- Agrupación de los requerimientos del cliente

Grado de importancia

Se establecen dos niveles: aquellos requerimientos que son absolutamente imprescindibles y

aquellos que no lo son. A los primeros no tiene sentido asignarles un grado de importancia ya que

simplemente deben estar [3].

La Matriz de Pugh es una herramienta cuantitativa que permite comparar opciones entre sí

mediante un arreglo multidimensional (una matriz de decisiones) [4].

Para tener el cálculo se utilizan dos valores de comparación.

(1). Significa que el requerimiento de comparación es más importante que los demás.

(0). Significa que el requerimiento de comparación no es más importante que los demás.

Por lo que en la Tabla 3.5 se muestran la correlación que tienen dichos requerimientos entre sí, y

se establece un orden de importancia relativa.

Ponderación de los requerimientos deseables

Requerimientos deseables Referencia RD1 RD2 RD3 RD4 Total Porcentaje Orden

Que sea durable RD1 X 0 0 1 1 16.66% 3

Que sea fácil de operar RD2 0 X 1 0 2 33.33% 2

Que los costos de mantenimiento

sean bajos RD3 1 0 X 0

1 16.66% 4

Que sea barato RD4 0 1 1 X 2 33.33% 1

6 100% Tabla 3. 3.-Ponderación de los requerimientos deseables

45

De acuerdo a la Matriz de Pugh los requerimientos deseables RD2 y RD4 el porcentaje de

importancia es de 33.33% para ambos, al evaluar la prioridad con el usuario de ambos se

establece con el que el requerimiento con mayor peso es el RD4, ya que lo que se busca con el

diseño del sistema es que el costo sea menor a un equipo ya existente en el mercado.

Lo mismo pasa al evaluar los requerimientos RD3 y RD1, donde la durabilidad del equipo es de

mayor prioridad que los costos de mantenimiento.

Generación de las características de calidad (“cómos”).

Identificar para cada una de las necesidades del cliente (“qués”) una o más características de

calidad (“cómos”) Ver Tabla. 3.4

Número Nomenclatura Funcionales Cómos

1 RO1 Que permita ensamblar los equipos sin importar el

modelo

Largo

Ancho

2 RO2 Que permita desplazar el equipo a la sig. estación de

ensamble

Plataforma o base

3 RO3 Que se pueda rotar el equipo Rotación de la base

4 RO4 Que soporte el peso de los equipos Masa

5 RO5 Que sea resistente Material

6 RO6 Que sea estable Sujeción mecánica

7 RO7 Que no se requiera obra civil Anclaje al piso

8 RO8

Que utilice energía neumática y/o eléctrica Circuito de fuerza neumático

Circuito de control eléctrico

Número Nomenclatura Calidad Cómos

1 RO9 Que los equipos no se rayen Material

Número Nomenclatura Ergonómicos Cómos

1 RO10 Que pueda regular la altura para ensamblar los

equipos sobre él

Altura máxima

Altura mínima

Número Nomenclatura Seguridad Cómos

1 RO11

Que sea seguro Paro de emergencia

Factor de seguridad

Número Nomenclatura Deseables Cómos

1 RD1 Que sea durable Vida útili

2 RD2 Que sea fácil de operar Interfaz

3 RD3

Que los costos de mantenimiento sean bajos Mantenimiento preventivo

Refacciones accesibles

4 RD4 Que sea barato Costo de fabricación Tabla 3. 4.- Generación de los cómos de la matriz de calidad del sistema de elevación

Construcción de la Matriz de calidad o Casa de la calidad.

Techo de la casa de la calidad.

En donde las filas se colocan los requerimientos del cliente es decir los qués y en las filas los

cómos. Los cómos de la Tabla 3.4 se correlación en el techo de la casa de la calidad a través de

tres tipos de relaciones (Ver Fig. 3.2)

46

Sombreados con color amarillo en el techo de la calidad se indican algunas de las correlaciones de los cómos del sistema de elevación. Tales

como:

- Largo con el ancho, fuerte correlación positiva.

- Material con el costo de la fabricación, fuerte correlación positiva.

- Circuito neumático con material, fuerte correlación negativa.

Fig.3. 2.-Techo de la casa de la calidad

47

Correlación de los qués con los cómos

Se establece el valor de dicha relación 1 para una relación débil, 3 para una relación moderada y 9 para una relación fuerte (Ver Fig. Tabla.

3.5).

Tabla 3. 5.- Correlación de los qués con los cómo

48

Ejemplos de las correlaciones de los qués con los cómos del sistema de elevación:

- Que permitan ensamblar los equipos sin importar el modelo (qué) con el largo (cómo),

correlación fuerte

- Que permitan ensamblar los equipos sin importar el modelo (qué) con el ancho (cómo),

correlación fuerte

- Que permitan ensamblar los equipos sin importar el modelo (qué) con el anclaje al piso (cómo),

correlación débil

Establecer los objetivos de diseño (“cuantos”).

Representa las especificaciones funcionales expresadas en términos numéricos (un valor

específico o un rango de valores).

Número Nomenclatura Funcionales Cómos Objetivos de diseño

1 RO1 Que permita ensamblar los equipos sin

importar el modelo

Largo 1200mm

Ancho 1200 mm

2 RO2 Que permita desplazar el equipo a la sig.

estación de ensamble

Plataforma o base -

3 RO3 Que se pueda rotar el equipo Rotación de la base -

4 RO4 Que soporte la masa de los equipos Masa 90 Kg

5 RO5 Que sea resistente Material 200 MPa

6 RO6 Que sea estable Sujeción mecánica -

7 RO7 Que no se requiera obra civil Anclaje al piso -

8

RO8

Que utilice energía neumática y/o

eléctrica

Circuito de fuerza

neumático

6 Bar

Circuito de control

eléctrico

24 VCC

-Número Nomenclatura Calidad Cómos Objetivos de diseño

1 RO9 Que los equipos no se rayen Material 250 HB

Número Nomenclatura Ergonómicos Cómos Objetivos de diseño

1 RO10 Que pueda regular la altura para

ensamblar los equipos sobre él

Altura máxima 1208 mm

Altura mínima 700 mm

Número Nomenclatura Seguridad Cómos Objetivos de diseño

1 RO11

Que sea seguro Paro de emergencia -

Factor de seguridad 2

Número Nomenclatura Deseables Cómos Objetivos de diseño

1 RD1 Que sea durable Vida útili 60, 000 Ciclos

2 RD2 Que sea fácil de operar Interfaz -

3

RD3 Que los costos de mantenimiento sean

bajos

Mantenimiento

preventivo

20 Hr/Semana

Refacciones accesibles -

4 RD4 Que sea barato Costo de fabricación Menor a $298,560.00 Tabla 3. 6.-Objetivos de diseño

49

Al igual que con los qués y los cómos estos objetivos de diseño se colocan en la matriz de calidad. Para mayor referencia de la matriz de la

calidad del sistema de elevación (Ver Tabla. 3.7).

Tabla 3. 7. Matriz de calidad objetivos de diseño

En la Fig. 3.3.se muestra la casa de la calidad del sistema de elevación completa.

50

Fig.3. 3.-Casa de la calidad del sistema de elevación

51

3.3 Análisis funcional del sistema de elevación

Las funciones que son realizadas por un determinado sistema, que por definición se puede

descomponer en subsistemas y subfunciones. A su vez, estos subsistemas y subfunciones se

descomponen sucesivamente hasta llegar a los componentes concretos que ya son conocidos, y

que permiten ofrecer una nueva solución específica al problema [5].

La función principal del sistema de elevación a diseñar es permitir el desplazamiento de los

equipos de cocción, partiendo de este dato conocido se realiza el análisis funcional del mismo

(Ver Tabla 3.1). Encontrando 4 funciones secundarias y 4 terciarias del sistema a diseñar.

Función principal:

Permitir el ensamble de los equipos de

cocción

Funciones secundarias:

Soportar los equipos

Soportar el sistema de elevación

Regular la altura

Desplazar los equipos

Funciones terciarias

Resistir carga

Generar movimiento

Transformar la fuerza en movimiento

Direccionar el movimiento

Tabla 3. 8.-Análisis funcional del sistema de elevación

Árbol de funciones del sistema de elevación

Las funciones detectadas en el análisis funcional pueden ser independientes o estar relacionadas

una con otras. Esta estructuración suele plasmarse en forma de árbol, en el que las funciones se

relacionan en forma de árbol de familias de funciones. En la clasificación y ordenación de

funciones se pasa desde el nivel más general al más concreto [5].

En al árbol de funciones de la Fig. 3.4 se genera una subdivisión más, es decir funciones

cuaternarias a aquellas funciones donde se requieran elementos más concretos (Ver Fig. 3.4).

Cuadros morfológicos del sistema de elevación

A partir de un análisis funcional se dispone de las subfunciones que debe desempeñar el

producto. A estas subfunciones, más simples de resolver que la función principal, se les asignan

distintas soluciones, de manera que se tiene un conjunto de subfunciones y un determinado

52

número de soluciones a cada subfunción. Con estos dos elementos se construye una matriz donde

las filas corresponden con las funciones y subfunciones y las columnas con las soluciones [5].

En la tabla 3.9 se muestra los cuadros morfológicos del sistema de elevación.

Fig.3. 4.-Árbol de funciones del sistema de elevación

Función principal

Función

secundaria Función terciaria

Función

cuaternaria Concepto 1 Concepto 2 Concepto 3

Permitir

ensamblar

equipos de

cocción

Soportar los

equipos

Resistir la carga de

los equipos N/A

Aluminio

Acero

estuctural

Perfil de

aluminio

Soportar el

sistema de

elevación


los componentes

del sistema

N/A

Aluminio

Acero

estuctural

Perfil de

aluminio

Desplazar los

equipos a la

siguiente estación

de trabajo

Generar un

movimiento

Aplicar una

fuerza externa

Motor

eléctrico

Aplicada por

el usuario

Aplicada

por el

usuario

Direccionar un

movimiento N/A

Cadena de

transportador

Rodillos de

gravedad

Bolas de

transferencia

Regular la altura

para el ensamble

de los equipos

Transformar la

fuerza en

movimiento

Aplicar una

fuerza externa

Motor

eléctrico

Cilindro

neumático

Cilindro

hidráulico

Transmitir la

fuerza

Husillo

embalado y

soportes

mecánicos

Soportes

mecánicos

Soportes

mecánicos

Direccionar el

movimiento N/A

Rodaja

ranurada en V

Rodamiento

con seguidor

de Leva

Rodamiento

Tabla 3. 9.-Cuadros morfológicos del sistema de elevación

53

3.4 Concepto de diseño

Para determinar el concepto con el cuál se va a diseñar el sistema de elevación se utilizan los

conceptos generados mediante los cuadros morfológicos de la tabla 3.9 y los requerimientos

obtenidos del QFD. Se utilizan los requerimientos deseables, ya que son los que agregan valor al

diseño, a diferencia de los requerimientos obligatorios ya que esos están implícitos en el diseño

sin importar el concepto con el que se diseñe el sistema de elevación. Para la correlación se

colocan en las filas los requerimientos y en las columnas los conceptos.

Tabla 3. 10.-Evaluación de los conceptos de diseño

En la Tabla 3.10 evalúan los requerimientos con los conceptos, obteniéndose como resultado que

el concepto ganador cumple con 4 de los 4 requerimientos deseables, siendo este el concepto

ganador.

Función

principal

Función

secundaria Función terciaria

Función

cuaternaria Concepto 2

Permitir

ensamblar

equipos de

cocción

Soportar los

equipos


los equipos N/A

Acero

estuctural

Soportar el

sistema de

elevación


los componentes del

sistema

N/A Acero

estuctural

Desplazar los

equipos a la

siguiente

estación de

trabajo

Generar un

movimiento

Aplicar una

fuerza externa

Aplicada por el

usuario

Direccionar un

movimiento N/A

Rodillos de

gravedad

Regular la altura

para el ensamble

de los equipos

Transformar la fuerza

en movimiento

Aplicar una

fuerza externa

Cilindro

neumático

Transmitir la

fuerza

Soportes

mecánicos

Direccionar el

movimiento N/A

Rodamiento con

seguidor de Leva

Tabla 3. 11.-Funciones y subfunciones del concepto ganador

Tipo Requerimiento Nomenclatura Concepto 1 Concepto 2 Concepto 3

Deseables

Que sea durable RD1 1 1 1

Que sea fácil de operar RD2 0 1 1

Que los costos de mantenimiento

sean bajos RD3 0 1 0

Que sea barato RD4 0 1 1

Total 1 4 3

54

La función principal del sistema de elevación es permitir ensamblar equipos de cocción, por

medio de 4 funciones secundarias:

1) Soportar los equipos:

Resistir la carga de los equipos de cocción que ejerce sobre plataforma superior, donde la

máxima masa a soportar es del equipo es de 90 kg para realizar dicha función la estructura de la

plataforma estará fabricada con acero estructural A-36. Además, de un mecanismo de giro que

permita rotar el equipo para facilitar su ensamble montado sobre una base superior.

2) Soportar el sistema de elevación

Resistir la carga de los componentes de cada uno de los subensambles, es decir:

-La plataforma superior

-La base superior

-Mecanismo de giro de la base superior

-El propio peso del mecanismo de tijeras

La estructura mecánica con la cual estará fabricada el mecanismo de tijeras es de acero

estructural A-36.

3) Desplazar los equipos a la siguiente estación de trabajo

A través de rodillos de gravedad que permiten direccionar el movimiento, al aplicar una fuerza

externa por parte del usuario.

4) Regular la altura para el ensamble de los equipos

Para regular la altura a través del mecanismo de tijeras se requiere aplicar una fuerza por medio

de un cilindro neumático, que se une al mecanismo de tijeras por medio de soportería mecánica

para transmitir el movimiento, permitiendo así variar la altura. Para direccionar el movimiento

del mecanismo de tijera sobre las bases se utilizarán rodamientos con seguidor de leva.

En la Fig. 3.5 se muestran el bosquejo del concepto ganador, con los componentes antes

mencionados. El mecanismo de tijeras diseño del sistema de elevación contempla 4

subensambles (Ver Tabla 3.12).

55

Sis

tem

a d

e el

evaci

ón

Subensambles

Plataforma superior

Base Superior

Brida

Mecanismo de tijeras

Base inferior

Tabla 3. 12.-Subensambles del sistema de elevación

Fig.3. 5.-Bosquejo del sistema de elevación

56

3.5 Referencias

[1] Ángeles, Jorge (2007). El Concepto de Complejidad Como Criterio de Diseño en Ingeniería

Mecánica. XIX Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. Pág.2-3

[2] Quality Fuction Deployment. (S.F). Descargado de https://quality-one.com/qfd/

[3] Capuz Rizo, S (2001). Introducción al proyecto de producción México, D.F: Alfaomega

[4] La Matriz de Pugh para la toma de decisiones. (2016). Descargado

http://ctcalidad.blogspot.com/

[5] Alcaide, J., Diego, J.A y Artacho M.A. (2004). Diseño de Producto “Métodos y técnicas”.

Valencia, España: Alfaomega

https://quality-one.com/qfd/

57

Proceso de

diseño

La parte importante de la justificación en cada uno de los elementos que integran

el diseño del sistema de elevación se desarrolla en el presente capítulo,

describiendo el criterio de selección, y especificaciones de elementos que

requieran cálculos adicionales. Basándose en la información obtenida del

capítulo 3.

58

De acuerdo con el modelo del proceso de diseño de Michael French utilizado en el capítulo

anterior para determinar el concepto de diseño, partiendo de las necesidades del cliente, el

siguiente paso a realizar es el diseño a detalle de este concepto, así como los planos que se

generen del mismo.

En la Fig. 4.1 se muestra el proceso de diseño realizado en el capítulo anterior.

Fig.4 1.-Proceso de diseño del sistema de elevación

La función principal del sistema de elevación de acuerdo con el concepto de diseño ganador es

permitir ensamblar equipos de cocción, por medio de 4 funciones secundarias.

5) Soportar los equipos

6) Soportar el sistema de elevación

7) Desplazar los equipos a la siguiente estación de trabajo

8) Regular la altura para el ensamble de los equipos

En las secciones subsecuentes se explica el diseño detallado de elementos mecánicos, la selección

de otros y la integración del sistema neumático y la automatización necesaria.

4.1. Sistema mecánico

De acuerdo con el bosquejo del capítulo 3, el sistema de elevación contempla los siguientes

subensambles:

Plataforma superior

Base superior

Mecanismo de giro


Base inferior

Mismos que serán diseñados a detalle en este capítulo, para comenzar el diseño mecánico de la

propuesta ganadora de acuerdo a los resultados del capítulo anterior es de suma importancia

comenzar por analizar las características de los equipos, recordando que, dentro de la línea de

59

ensamble, se ensamblan diversos modelos y siendo este el RO1 (Requerimiento obligatorio 1)

por lo que se tomarán como referencia los equipos críticos (máximos y mínimos) en cuanto:

Alto

Ancho

Largo

Masa

Dimensión/ Masa Máxima Mínima Objetivo de

diseño

Altura (mm) 960 400 1200

Ancho (mm) 1070 320 1200

Masa (kg) 90 16 90

Tabla 4. 1.- Dimensiones y masas críticas de los equipos de cocción

El peso de un objeto es la fuerza de la gravedad sobre el objeto 𝑤 = 𝑚𝑔.

Donde:

w= peso, en Newtons (N)

m = masa, en kilogramos (kg)

g = constante gravitacional, que es 9,8 en la Tierra (m/s 2).

Cálculo del peso de los equipos

Para el modelo más sencillo cuya masa es de 16 kg (masa mínima del sistema de elevación) el

peso es:

𝑊𝑚𝑠 = (16) (9.81 𝑚𝑠2⁄ ) = 156.96 N

𝑊𝑚𝑠 = 156.96 N

Para el modelo más complejo cuya masa es de 90 kg (masa máxima) el peso el peso es:

𝑊𝑚𝑐 = (90) (9.81 𝑚𝑠2⁄ ) = 882.9 𝑁

𝑊𝑚𝑐 = 882.9 𝑁

Por lo tanto, este peso será el dato de referencia por ser el que somete a mayores esfuerzos a la

mayoría de los elementos de la estructura.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/grav.html#grav

60

4.1.1. Plataforma superior

Tomando como referencia el peso del equipo más grande se procede a la selección de los rodillos

para desplazamiento a la siguiente estación de ensamble:

Los rodillos gravedad cuentan con dos posiciones para su montaje en el peralte o polín tipo C [1]

como se ve en la Fig. 4.2, dependiendo de la aplicación donde se utilizarán.

Rodillos en posición alta

Rodillos en posición baja

Fig.4 2.-Posiciones de fijación de un rodillo de gravedad

Catálogo de rodillos de la marca Dexter Opcon

Para realizar el diseño de la plataforma superior del sistema de elevación, así como la selección

de los rodillos, se toman el valor de los objetivos de diseño, en cuanto al ancho y el largo, de la

Tabla 4.1. Las dimensiones del equipo más grande son de (1070 mm x 810 mm) por tal motivo la

plataforma debe tener dimensiones que permitan el ensamble y desplazamiento de dicho modelo,

pero también debe permitir realizar dichas operaciones para el equipo más pequeño.

Debido al ancho de la plataforma superior del sistema de elevación (1200mm) cuenta con dos

camas de rodillos, en donde la posición de estos es alta para permitir el desplazamiento de los

equipos sin importar el modelo siguiente estación de ensamble. De acuerdo a las especificaciones

de fabricante la máxima longitud del rodillo que manejan es de 32 pulgadas, es decir 812.8 mm,

por lo que se opta por colocar dos camas de rodillos con una longitud de 400mm (Ver Fig. 4.3).

Cada rodillo cuenta con una capacidad de carga de 38 Kg de acuerdo a las especificaciones del

fabricante, al contar cada cama con 11 rodillos la plataforma superior cuenta con 22 rodilos en

total.

61

Donde la capacidad máxima de los rodillos es de:

𝐶𝑎𝑝. 𝑚á𝑥 𝑐𝑟 = (22×8kg)

𝐶𝑎𝑝. 𝑚á𝑥 𝑐𝑟 = 836 Kg

Fig.4 3.-Plataforma superior del sistema de elevación

Recordando que el equipo más complejo cuenta con una masa de 90 Kg, los rodillos cumplen con

la capacidad demandada para dicho equipo. Los rodillos están fabricados de acero inoxidable por

lo que al tener contacto con los equipos no los rayan, ni existe oxidación del mismo cumpliendo

así con dos de requisitos del cliente, la marca de los rodillos es Dexter Opcon fabricante nacional

(Ver especificaciones de los rodillos en la Fig. 4.4)

Fig.4 4.-Especificaciones de los rodillos de gravedad

Catálogo de rodillos de la marca Dexter Opcon

62

Para el diseño mecánico del sistema de elevación utilizaremos el software de diseño SolidWorks

™, el cual nos servirá para realizar el diseño de las piezas en 3D, subensambles, ensamble del

sistema completo, así como las simulaciones de movimiento del mismo y nos servirá como

herramienta para determinar las propiedades físicas de los componentes (es decir, las masas) así

como el análisis estático del mecanismo de tijeras.

Cálculo de la masa la de plataforma superior del sistema de elevación

El subensamble contempla, las camas de rodillos en donde los rodillos se fijan por medio de polín

tipo C de mrranera independiente, para después ser fijados a la base mediante tornillería de grado

5, lo cual permite la facilidad del cambio de los mismos, así como el mantenimiento del sistema

(Ver Fig. 4.5 y 4.6). La base de esta plataforma está formada por material estructural A-36, y está

unida por soldadura.

Fig.4 5.-Vista superior de la plataforma superior del sistema de elevación

Fig.4 6.-Vista superior de la plataforma superior del sistema de elevación

63

Auxiliándonos del software SolidWorks ™ se determina la masa de la plataforma (Ver. Fig. 4.7.).

Fig.4 7.-Propiedades físicas de la plataforma superior

El peso de la plataforma superior, cuya masa se calculó anteriormente es de:

𝑊𝑝𝑠 = (64𝐾𝑔)(9.81 𝑚𝑠2⁄ ) = 627.84𝑁

𝑊𝑝𝑠 = 627.84𝑁

Las especificaciones de los materiales y componentes de los fabricantes se encuentran en el

anexo A.

Los planos del subensamble se encuentran en el Anexo B.

4.1.2. Mecanismo de giro del sistema de elevación (brida)

Funcionamiento: permite el giro de la plataforma superior con el fin de facilitar el ensamble de

los equipos de cocción facilitando las maniobras del operador.

64

Está compuesta por dos placas de acero estructural A-36 que permiten la fijación con la base

superior y la plataforma superior mediante tornillería de grado maquinaria Grado 5.

Los componentes de este subensamble están unidos por medio de soldadura, a excepción de los

rodamientos, los cuales se fijan mediante pernos. El subensamble debe soportar el peso de los

equipos y el peso de los elementos de la plataforma superior.

-Para el peso de los equipos nuevamente se parte del equipo más complejo, es cuyo peso es:

𝑊𝑚𝑐 = 882.9N

-Y el peso de la plataforma superior:

𝑊𝑝𝑠 = 627.84𝑁

Sumando ambos pesos se obtiene el peso que la brida debe soportar:

𝑊𝐶𝐵𝑆 = 𝑊𝑚𝑐 + 𝑊𝑝𝑠 = 882.9 + 627.84𝑁 = 1510.74 𝑁

𝑊𝐶𝐵𝑆 = 882.9 + 627.84𝑁

𝑊𝐶𝐵𝑆 = 1510.74 𝑁

A partir del dato anterior, se procede analizar el componente mecánico que soportará dicho peso,

así como la estructura mecánica.

La brida cuenta con cojinetes montados sobre una solera que permite el libre giro de la

plataforma superior (Ver Fig. 4.8)

Fig.4 8.-Ensamble brida

65

Rodamientos

El propósito de un cojinete es soportar una carga y al mismo tiempo permitir el movimiento

relativo entre dos elementos de una máquina. El término cojinete con contacto de rodadura se

refiere a una gran variedad de cojinetes llamados rodamientos (en México la mayoría de las

personas los conoce como baleros), los cuales usan bolas esféricas o algún tipo de rodillos entre

los elementos estacionario y móvil. El tipo más común de cojinete soporta un eje rotatorio, y

resiste cargas puramente radiales, o con una combinación de cargas radiales y axiales (de

empuje). Algunos cojinetes están diseñados para soportar solo cargas de empuje. La mayoría de

los cojinetes se usan en aplicaciones que involucran rotación, pero hay algunos que se usan en

aplicaciones de movimiento lineal (Ver Fig. 4.9) [2].

Fig.4 9.-Tipo de cargas que actúan sobre un rodamiento

Rodamientos radiales. (s.f). Descargado de http://www.skf.com

Las cargas radiales actúan hacia el centro del cojinete, a lo largo de un radio. Las cargas de

empuje son aquellas que actúan paralelas a la línea central del eje [3]. En la tabla 4.2 se realiza

una comparación de los tipos de rodamientos.

Tipo de rodamiento Capacidad de

carga radial

Capacidad de

carga de

empuje

Capacidad de

desalineamiento

Una hilera de bolas con

ranura profunda Buena Regular Regular

Doble hilera de bolas,

ranura profunda Excelente Buena Regular

Contacto angular Buena Excelente Mala

Rodillos cilíndricos Excelente Mala Regular

Agujas Excelente Mala Mala

Rodillos esféricos Excelente Regular a buena Excelente

Rodillos cónicos Excelente Excelente Mala Tabla 4. 2.-Comparación de los tipos de rodamientos

Los rodamientos de bolas de contacto angular tienen los caminos de rodadura de sus aros interior

y exterior desplazados entre sí en el sentido del eje del rodamiento. Esto quiere decir que estos

rodamientos han sido diseñados para soportar cargas combinadas, es decir, cargas radiales y

axiales simultáneas [4].

66

Los diseños más comúnmente usados son los siguientes:

Rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular (Ver Fig. 4.10)

Rodamientos de dos hileras de bolas de contacto angular (Ver Fig. 4.11)

Rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto (Ver Fig. 4.12)

Fig.4 10.-Rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular

Rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular. (s.f). Descargado de http://www.skf.com

Fig.4 11.-Rodamientos de dos hileras de bolas de contacto angular

Rodamientos de dos hileras de contacto angular (s.f). Descargado de http://www.skf.com

Fig.4 12.-Rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto

Rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto (s.f). Descargado de http://www.skf.com

http://www.skf.com/mx/products/bearings-units-housings/ball-bearings/angular-contact-ball-bearings/single-row-angular-contact-ball-bearings/index.html



http://www.skf.com/mx/products/bearings-units-housings/ball-bearings/angular-contact-ball-bearings/double-row-angular-contact-ball-bearings/index.html



http://www.skf.com/mx/products/bearings-units-housings/ball-bearings/angular-contact-ball-bearings/four-point-contact-ball-bearings/index.html

http://www.skf.com/mx/products/bearings-units-housings/ball-bearings/angular-contact-ball-bearings/four-point-contact-ball-bearings/index.html

67

Los rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular SKF ™ pueden soportar cargas

axiales solamente en un sentido. Normalmente, este tipo de rodamiento se ajusta contra un

segundo rodamiento. Los rodamientos no son desarmables y sus aros presentan un resalte

superior y otro inferior [4].

Para el diseño de la base de la brida superior se proponen 48 rodamientos de una hilera de bolas

montados sobre un perno de Acero AISI 1010 (Ver Fig. 4.13), dichos rodamientos son adecuados

para soportar una carga total de 𝑊𝐶𝐵𝑆 = 1510.74 𝑁, que actúa de manera axial sobre los pernos.

Es decir que cada rodamiento debe soportar una carga 𝑊𝐴𝑅 :

𝑊𝐴𝑅 =𝑊𝑇1

48

𝑊𝐴𝑅 =1510.74 𝑁

48

𝑊𝐴𝑅 = 31.47𝑁

El modelo que se utiliza en el diseño es 7203 BE-2RZP de la Marca SFK, cuya capacidad de

carga estática es de 5.5𝐾𝑁.

Fig.4 13.-Montaje de pernos

Montaje de los rodamientos

Para el montaje de los rodamientos el perno con una disminución de diámetro, produciendo un

escalón [3] del lado derecho cuyo diámetro es de 17 mm, para mantener los rodamientos en su

posición y evitar el deslizamiento, mientras que del lado izquierdo se coloca un anillo de

retención externo en la ranura del perno (Ver Fig. 4.14).

68

Fig.4 14.-Anillo de retención externo y ranura del perno para rodamiento

El primer escalón que se muestra en la Fig. 4.15. se utiliza para el montaje de los pernos sobre la

brida (Ver montaje de pernos en la Fig. 4.16).

Fig.4 15.-Escalón para montaje de pernos

Fig.4 16.-Montaje de pernos para rodamientos

69

La carga 𝑊𝐴𝑅 = 31.47𝑁 (carga de los equipos y de la plataforma superior) la cual actúa de

manera radial a los rodamientos y por consiguiente al perno donde se montan los mismos, por lo

que se debe garantizar la selección del material, con el fin de que este no falle.

Por definición una falla es la perdida de función de un elemento por deformación (fluencia) como

por separación de sus partes (fractura). Para predecir la falla de materiales bajo cargas estáticas

(se considera carga estática a aquella que no varía su magnitud ni dirección en el tiempo) [5].

La falla por deformación plástica es el cambio de o transición del comportamiento elástico al

plástico ocurrirá cuando el 𝜎 supere el valor límite llamado 𝜎𝑦 esfuerzo a la fluencia [6].

Para determinar si el material con el cual se fabricaran los pernos de los rodamientos no fallaran

baja la carga 𝑊𝐴𝑅, nos auxiliaremos del software SolidWorks ™ el cual cuenta con una

herramienta para realizar los análisis estáticos en modelos, tales como:

Tensión Von Mises

El esfuerzo de Von Mises, también llamado esfuerzo de Huber es una medida de esfuerzo que

implican todas las seis componentes del esfuerzo presentes en el espacio 3D (Fig. 4.17), el cual

está basado en la teoría de la energía máxima de distorsión [7].

Dos componentes del esfuerzo cortante y un componente del esfuerzo normal actúan en cada lado

del cubo debido a la simetría de esfuerzos cortantes, el estado general 3D de esfuerzos es

caracterizado por seis componentes de esfuerzos 𝜎𝑥𝑥 , 𝜎𝑦𝑦 , 𝜎𝑧𝑧 y 𝜎𝑥𝑦= 𝜎𝑦𝑥 , 𝜎𝑦𝑧= 𝜎𝑧𝑦 , 𝜎𝑥𝑧 =

𝜎𝑧𝑥 como se muestra en la Fig. 4.17.

Fig.4 17.-Esfuerzos en el espacio 3D.

P. Kurowski, Engineering Analysis with SolidWorks Simulation 2013. SDC publications, 2013.

Un componente estructural dado es seguro siempre que el valor máximo de la energía de

distorsión por unidad de volumen en ese material permanezca más pequeño que la energía de

distorsión por unidad de volumen requerida para hacer fluir una probeta del mismo material

sometida a tensión.

70

En la figura 4.18 se comparan el criterio del esfuerzo cortante máximo con el de la energía

máxima de distorsión. La elipse pasa por los vértices del hexágono. En consecuencia, para los

estados de esfuerzo representados por estos seis puntos, los dos criterios coinciden. Para

cualquier otro estado de esfuerzo, el criterio del esfuerzo cortante máximo es más conservador

que el criterio de la máxima energía de distorsión, ya que el hexágono está dentro de la elipse [8].

Fig.4 18.- Comparación del criterio del esfuerzo cortante máximo con el de la energía máxima de distorsión.

Beer. F., Johnston, E. (2010). Mecánica de materiales (5ta Edición). México, D.F: MC Graw-Hill

La deformación unitaria

La deformación unitaria 𝑒 es el cambio en el tamaño o forma de un objeto debido a esfuerzos

presentes sobre el, que está definido como el cambio de longitud con respecto a una longitud

inicial, presente en la siguiente ecuación [9].

𝑒 = ∆l

l Inicial

El desplazamiento resultante

El desplazamiento (URES) es la magnitud del vector o vector de desplazamientos, que está

compuesto por los movimientos en los tres ejes coordenados 𝑥 , 𝑦 y, 𝑧 definida por la

siguiente ecuación [9]:

𝑈𝑅𝐸𝑆 = | | = √𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2

Análisis estático del perno para rodamiento de la brida

Tensión Von Mises del perno para rodamiento de la brida

El esfuerzo máximo Von Mises mostrado en la Fig. 4.19 está dado en unidades de esfuerzo,

(𝑁/𝑚 2). El esfuerzo máximo que se ejerce sobre el perno de acuerdo al criterio de Von Mises es

de 3.03 × 104 𝑁/𝑚2 dicho valor se indica con color rojo y se concentra en el centro de ambos

rodamientos, encontrándose por debajo del límite elástico del material cuyo valor es de 1.8 × 108

71

𝑁/𝑚2, lo que indica que el material no se fallará por deformación. Con color azul se indica es

esfuerzo mínimo sobre el perno cuyo valor es de 2.158 × 101 𝑁/𝑚2.

La deformación unitaria del perno para rodamiento de la brida

En la Fig. 4.20, se muestra el cambio de longitud del perno cuya máxima deformación es de

1.162× 10−7 al aplicar una carga 𝑊𝐴𝑅 de con respecto a la longitud inicial, y se indica con color

rojo en el centro del perno, siendo esta una deformación, despreciable. Con color azul se indica la

mínima deformación cuyo valor es de 2.271× 10−7 ,dicho valor está localizado en los extremos

del perno.

Desplazamiento resultante del perno para rodamiento de la brida

El desplazamiento del perno en mm con respecto a su posición inicial al aplicar una carga 𝑊𝐴𝑅 se

muestra en la Fig. 4.21. El máximo desplazamiento es de 1.686× 10−6mm y se indica con color

rojo.

Fig.4 19.-Tensión de Von mises del perno para rodamiento de la brida

Fig.4 20.-Deformación unitaria del perno para rodamiento de la brida

72

Fig.4 21.-Desplazamiento resultante del perno para rodamiento de la brida

Cálculo de la masa del mecanismo de giro

Una vez determinado el mecanismo de giro de la plataforma superior, se debe analizar la masa

total de la brida en SolidWorks ™. En este caso se excluye la masa de los rodamientos ya que

dicho valor se tomará de la ficha técnica del fabricante, dicho valor incluirá más adelante (ver

Fig. 4.22).

Fig.4 22.-Propiedades físicas de la brida

La masa es de 38.96 kg el peso se calcula mediante la siguiente formula:

73

𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎 = (38.96) (9.81 𝑚𝑠2⁄ ) = 382.19 N

𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎 = 382.19 N

La masa de cada rodamiento es de 0.063 kg, por lo que la masa total de los rodamientos es de:

𝑚𝑟𝑜𝑑𝑡𝑜𝑡 = (0.063kg)×48 = 3.024 kg

Por lo que el peso de total de los rodamientos es de:

𝑊𝑟𝑜𝑑 = (3.024) (9.81 𝑚𝑠2⁄ )

𝑊𝑟𝑜𝑑 = 29.67 𝑁

El peso total de la brida 𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎𝑡 estará dado por el peso de los rodamientos 𝑊𝑟𝑜𝑑 y el peso de la

brida 𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎 calculados anteriormente.

𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎𝑡 = 𝑊𝑟𝑜𝑑 + 𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎

𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎𝑡 = 29.67 𝑁 + 382.19 N

𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎𝑡 = 411.86𝑁

Las especificaciones de los materiales y los principales componentes se encuentran en el anexo A

y los planos del subensamble se encuentran en el Anexo B.

4.1.3. Base Superior

El funcionamiento de la base superior es unir la brida con el mecanismo de tijeras, la brida como

ya se mencionó anteriormente mediante tornillería de grado 5 y al mecanismo de tijeras mediante

soportería de acero estructural.

El acero 1045 (grado 5) es usado donde se requiere soportar grandes esfuerzos y se puede

diferenciar en el caso de los tornillos hexagonales por tener 3 líneas radiales repartidas con un

mismo ángulo en la parte superior de la cabeza del mismo (Ver especificaciones en el Anexo A)

[2].

La base debe soportar el peso de la brida completa, el peso de la plataforma superior y así como

el peso de los equipos. Por lo que mediante Solidworks ™ se analizará el diseño de la misma.

𝑊𝑝𝑠 = 627.84𝑁

𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎𝑡 = 411.86𝑁

𝑊𝑚𝑐 = 882.9 𝑁

74

𝑊1 = 𝑊𝑝𝑠 + 𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎𝑡 + 𝑊𝑚𝑐

𝑊1 = 𝑊𝑝𝑠 + 𝑊𝑏𝑟𝑖𝑑𝑎𝑡 + 𝑊𝑚𝑐

𝑊1 = (627.84𝑁) + (411.86𝑁) + (882.9 𝑁)

𝑊1 = 1922.6 𝑁

La carga W1 se ejerce sobre la base superior, al ser una carga uniformemente distribuida se debe

de garantizar que los materiales con los cuales se fabricara la base no fallara nos auxiliaremos del

software SolidWorks ™ para realizar el análisis estático.

Análisis estático de la base superior

La base superior está diseñada con PTR y placas de acero estructural A-36, para determinar si el

material propuesto es el adecuado, se simulará en SolidWorks ™ aplicando la carga 𝑊1

uniformemente distribuida.

Tensión Von Mises de la base superior


(𝑁/𝑚 2). El esfuerzo máximo que se ejerce sobre la base de acuerdo con el criterio de Von

Mises es de 1.796× 107 𝑁/𝑚2 dicho valor se indica con color rojo encontrándose por debajo del

límite elástico del material cuyo valor es de 2.5 × 108 𝑁/𝑚2, lo que indica que el material no se

fallará por deformación. Con color azul se indica es esfuerzo mínimo sobre la base cuyo valor es

de 1.495 × 104 𝑁/𝑚2.

La deformación unitaria del perno de la base superior

En la Fig. 4.24, se muestra el cambio de longitud de la base al aplicar la carga 𝑊1 cuya máxima

deformación es de 5.785× 10−5 con respecto a la longitud inicial, siendo esta una deformación,

despreciable. Con color azul se indica la mínima deformación cuyo valor es de 1.314× 10−7.

Desplazamiento resultante de la base superior

El desplazamiento del perno en mm con respecto a su posición inicial al aplicar una carga 𝑊1 se

muestra en la Fig. 4.25. El máximo desplazamiento es de 1.277mm, siendo este un

desplazamiento relativamente mínimo para la carga del equipo de cocción más pesado, por lo que

el material es aceptable.

75

Fig.4 23.-Tensión de Von mises de la base superior

Fig.4 24.-Deformación unitaria de la base superior

Fig.4 25.-Desplazamiento resultante de la base superio

76

Cálculo de la masa del mecanismo de giro

Auxiliándonos del software de diseño SolidWorks ™ para obtener la masa de la base superior

Ver Fig. 4.26.

Fig.4 26.-Propiedades físicas de la base superior

Una vez determinado la masa de la base superior, se debe analizar la masa total de la brida

SolidWorks y se calculará el peso de la misma.

𝑊𝑏𝑎𝑠𝑒𝑖𝑛𝑓 = (75.38) (9.81 𝑚𝑠2⁄ ) = 739.47 𝑁

𝑊𝑏𝑎𝑠𝑒𝑖𝑛𝑓 = 739.47 𝑁

Las especificaciones de los materiales encuentran en el Anexo A y los planos del subensamble se

encuentran en el Anexo B.

4.1.4. Mecanismo de tijeras

Este dispositivo cuenta con dos tijeras diseñadas con dos soleras de acero estructural para formar

el mecanismo de tijeras unidos mediante un perno de acero AISI 4140, ambas tijeras se unen

mediante solera de acero estructural A-36 (Ver Fig.4.27).

El mecanismo debe soportar el peso de los equipos, el peso de la brida, el peso de la plataforma

superior y el peso de la base superior, es decir el peso a elevar W2.

77

𝑊2 = 𝑊𝑏𝑎𝑠𝑒𝑖𝑛𝑓 + 𝑊1

𝑊2 = 1922.6 𝑁 + 739.47 𝑁

𝑊2 = 2,662.07 𝑁

Fig.4 27.-Mecanismo de tijeras

Cada tijera cuenta con dos puntos fijos mediante soportes para la unión de estas con la base

inferior y la base superior y dos puntos libres.

Analisis estructural de las tijeras

Para simplificar los cálculos y considerando que la estructura es simétrica se estudia una de las

dos tijeras que componen el mecanismo. Por lo que para el análisis se tomará en cuenta el peso

total dividido entre dos (𝑊2

2) que actúa directo sobre el soporte del mecanismo y el rodamiento

superior por lo que la carga se dividirá entre ambos componentes es decir 𝑊2

4 en cada

componente (Ver Fig.4.28). 𝑊2

4=

2,662.07𝑁

4= 665.51𝑁

Fig.4 28.-Reacciones en los apoyos del mecanismo de tijeras

78

En la Fig. 28 se muestra el diagrama de cuerpo libre de la tijera, así como las reacciones en los

apoyos

En la tabla 4.3 se muestran las reacciones de los apoyos en Newtons sobre los apoyos. Donde:

𝐴𝑦 es la reacción del rodamiento en el eje y

𝐵𝑦 es la reacción del soporte del mecanismo en el eje y

𝐵𝑥 es la reacción del soporte del mecanismo en el eje x

𝐸𝑦 es la reacción del soporte del mecanismo en el eje y

𝐸𝑥 es la reacción del soporte del mecanismo en el eje x

Reacción Valor de la reacción en N

𝑨𝒚 0

𝑩𝒚 499.13

𝑩𝒙 665.51

𝑬𝒚 499.13

𝑬𝒙 665.210 Tabla 4. 3.-Reacciones obtenidas del software MD Solids

Soportes del mecanismo de tijeras

El soporte de las tijeras está diseñado con acero estructural A-36, cuenta con un perno que

permite la unión del soporte con la solera con dicho soporte mediante un perno de acero AISI

1010, para minimizar la fricción del perno en el momento en que esta gira para permitir que las

tijeras bajen cuenta con bujes, y el perno se mantiene en dicha posición mediante un anillo de

retención (Ver Fig. 4.29).

Fig.4 29.-Soporte de mecanismo de tijeras

79

Análisis estático del perno para el soporte del mecanismo de tijeras

De acuerdo con las reacciones obtenidas del análisis de la estructural las reacciones que se ejerce

sobre el perno del soporte del mecanismo de tijeras Ey, y Ex.

Para determinar si el material con el que se fabricara el perno para el soporte del mecanismo de

tijeras es el adecuado y no fallara se realizar el análisis estático mediante el software de diseño

SolidWorks ™ obteniéndose los siguientes resultados:

Tensión Von Mises del perno para el soporte del mecanismo de tijeras


(𝑁/𝑚 2). El esfuerzo máximo que se ejerce sobre el perno de acuerdo con el criterio de Von

Mises es de 6.543× 106 𝑁/𝑚2 dicho valor se indica con color rojo encontrándose por debajo

del límite elástico del material cuyo valor es de 1.80 × 108 𝑁/𝑚2, lo que indica que el material

no se fallará por deformación. Con color azul se indica es esfuerzo mínimo sobre la base cuyo

valor es de 7.444 × 104 𝑁/𝑚2.

La deformación unitaria del perno para el soporte del mecanismo de tijeras

En la Fig. 4.31 se muestra el cambio de longitud de la base cuya máxima deformación es de

2.55× 10−5 con respecto a la longitud inicial, siendo esta una deformación, despreciable. Con

color azul se indica la mínima deformación cuyo valor es de 3.522 × 10−7.

Desplazamiento resultante del perno para el soporte del mecanismo de tijeras

El desplazamiento del perno en mm con respecto a su posición inicial se muestra en la Fig. 4.32.

El máximo desplazamiento es de 6.91× 10−4mm, siendo este un desplazamiento relativamente

mínimo para la carga del equipo de cocción más pesado, se considera que el material es

aceptable.

80

Fig.4 30.-Tensión de Von mises del perno para el soporte del mecanismo de tijeras

Fig.4 31.-Deformación unitaria del perno para el soporte del mecanismo de tijeras

Fig.4 32.-Desplazamiento resultante del perno para el soporte del mecanismo de tijeras

Rodamiento con seguidor de leva

El seguidor de leva es otro ejemplo donde la operación de antifricción de los rodamientos de

agujas se puede incorporar, y se requiere poco espacio radial. Como con otros rodamientos de

rodillos las capacidades de empuje y desalineamiento son malas [3].

La carga 𝑊2

4= 665.51𝑁 actúa sobre el rodamiento con seguidor de leva aplicando un factor de

seguridad de 2 la carga que debe soportar el rodamiento es de tipo radial 𝑊𝑟𝑠𝑙 = (665.51𝑁 × 2);

𝑊𝑟𝑠𝑙 = 1331.02 𝑁

81

Se selecciona un rodamiento modelo CR 30 VUUR de la marca IKO (Ver Fig. 4.33)

cuya capacidad de carga es de 55,600N por lo que satisface ampliamente las condiciones de

carga.

Fig.4 33.-Rodamiento con seguidor de leva

Soporte del rodamiento seguidor de leva

Para direccionar el movimiento del seguidor de leva, se requiere de un soporte (Ver Fig. 4.34)

que permita el movimiento, mantenga el rodamiento en su posición y restrinja el desplazamiento

lineal del mecanismo de tijeras. El soporte está con está diseñado con acero estructural A-36, y se

fija a la base superior e inferior mediante soldadura (Ver Fig. 4.35).

Fig.4 34.-Soporte del rodamiento seguidor de leva

82

Fig.4 35.-Soportes de rodamientos fijos a la base superior e inferior

Cálculo de la masa del mecanismo de tijeras

Una vez definidos los componentes y los materiales de los mismos del mecanismo, se debe

analizar la masa total del mismo auxiliándonos del software SolidWorks, para posteriormente

calcular se calcular el peso (Ver Fig. 4.36).

La masa es de 52.61 kg y el peso 𝑊𝑚𝑡 se calcula mediante la siguiente formula:

𝑊𝑚𝑡 = (52.61kg) (9.81 𝑚𝑠2⁄ )

𝑊𝑚𝑡 = 516.10 N

Fig.4 36.-Propiedades físicas del mecanismo de tijeras

83

Perno para la unión de las soleras de las tijeras

Para la unión de las soleras de las tijeras mediante el perno fabricado de Acero AISI 1010, se

coloca un buje para minimizar la fricción de bronce S.A.E. 64 (un bronce con características

físicas para el trabajo pesado con excelente antifricción por su alto contenido de plomo), el perno

se mantiene en dicha posición mediante un anillo de retención (Ver Fig. 4.37).

La carga que debe soportar el perno es el peso de los equipos, el peso de la brida, el peso de la

plataforma superior, el peso de la base superior, es decir el peso a elevar W2, así como el peso

del mecanismo de tijeras 𝑊𝑚𝑡.

𝑊3 = 𝑊2 + 𝑊𝑚𝑡

𝑊3 = 2,662.07𝑁 + 516.10 N

𝑊3 = 3178.17𝑁

Considerando que el mecanismo cuenta con dos tijeras la carga se distribuye en ambos pernos

𝑊3

2= 1589.08 𝑁

Fig.4 37.-Perno del mecanismo de tijeras

Análisis estático del perno para la unión de las soleras de las tijeras

Para determinar si el material con el que se fabricara el perno para la unión de las soleras de las

tijeras es el adecuado y no fallara se realizar el análisis estático mediante el software de diseño

SolidWorks ™ obteniéndose los siguientes resultados aplicando la carga 𝑊3

2.

84

Tensión Von Mises del perno para la unión de las soleras de las tijeras


(𝑁/𝑚 2). El esfuerzo máximo que se ejerce sobre el perno de acuerdo con el criterio de Von

Mises es de 3.80 × 103 𝑁/𝑚2 dicho valor se indica con color rojo encontrándose por debajo del

límite elástico del material cuyo valor es de 3.50 × 108 𝑁/𝑚2, lo que indica que el material no

se fallará por deformación. Con color azul se indica es esfuerzo mínimo sobre la base cuyo valor

es de 1.215× 106 𝑁/𝑚2.

La deformación unitaria del perno para la unión de las soleras de las tijeras

En la Fig. 4.39 se muestra el cambio de longitud del perno cuya máxima deformación es de


color azul se indica la mínima deformación cuyo valor es de 1.544× 10−8

Desplazamiento resultante del perno para la unión de las soleras de las tijeras

El desplazamiento del perno en mm con respecto a su posición inicial se muestra en la Fig. 4.40.

El máximo desplazamiento es de 6.678× 10−5mm y se indica con color rojo, siendo este un

desplazamiento relativamente mínimo para el peso del equipo de cocción más pesado, por lo que

el material es aceptable.

Fig.4 38.-Tensión de Von mises del perno para la unión de las soleras de las tijeras

85

Fig.4 39.-Deformación unitaria del perno para la unión de las soleras de las tijeras

Fig.4 40.-Desplazamiento resultante del perno para la unión de las soleras de las tijeras

Las especificaciones de los materiales se encuentran en el Anexo A y los planos del subensamble

se encuentran en el Anexo B.

4.1.5. Base inferior

El funcionamiento de la inferior es soportar el peso de los equipos, el peso de la brida, el peso de

la plataforma superior, el peso de la base superior, y como el peso del mecanismo de tijeras es

decir 𝑊3 (3178.17𝑁).

La base está diseñada con acero estructural A-36, se une a los soportes del mecanismo de tijeras y

el soporte del seguidor de leva, mediante soldadura. Para fijar el sistema de sistema de elevación

a través de la base inferior se fija al concreto mediante taquetes tipo arpón de 5/8 de diámetro.

86

Análisis estático de la base inferior

Auxiliándonos del software SolidWorks ™ se simulará la base inferior aplicando la carga 𝑊3 .

Tensión Von Mises de la base inferior


(𝑁/𝑚 2). El esfuerzo máximo que se ejerce sobre la base de acuerdo al criterio de Von Mises es

de 3.712 × 104𝑁/𝑚2 dicho valor se indica con color rojo encontrándose por debajo del límite

elástico del material cuyo valor es de 2.50 × 108 𝑁/𝑚2, lo que indica que el material no fallará

por deformación. Con color azul se indica es esfuerzo mínimo sobre la base cuyo valor es de

4.829× 107 𝑁/𝑚2 .

La deformación unitaria de la base inferior

En la Fig. 4.42 se muestra el cambio de longitud de la base cuya máxima deformación es de


color azul se indica la mínima deformación cuyo valor es de 8.862× 10−8.

Desplazamiento resultante de la base inferior

El desplazamiento de la base en mm con respecto a su posición inicial se muestra en la Fig. 4.43.

El máximo desplazamiento es de 2.77× 10−1mm y se indica con color rojo.

Fig.4 41.-Tensión de Von mises del perno para la unión de las soleras de las tijeras

87

Fig.4 42.-Deformación unitaria del perno para la unión de las soleras de las tijeras

Fig.4 43.-Desplazamiento resultante del perno para la unión de las soleras de las tijeras

Las especificaciones de los materiales se encuentran en el Anexo A y los planos del subensamble

se encuentran en el Anexo B.

4.2. Sistema electroneumático

4.2.1. Cálculos para el cilindro neumático

Carrera del cilindro neumático

Considerando la posición inicial del mecanismo de tijeras completamente plegado (Ver Fig. 4.44)

88

Fig.4 44.-2D del mecanismo de tijeras plegado

Y la elevación mecanismo de tijeras desplegado (a 1200mm de altura) Ver Fig. 4.45

Fig.4 45.-2D del mecanismo de tijeras desplegado

El desplazamiento lineal del rodamiento con seguidor de leva para alcanzar la altura máxima

312.76𝑚𝑚.

Por lo que la carrera del cilindro deberá de ser de 312.76 mm. De acuerdo con las especificaciones

de los fabricantes no existe un cilindro con esa carrera por lo que se debe seleccionar un cilindro

cuya carrera sea el inmediato superior es decir 313 mm, de lo contrario el cilindro seria de

fabricación única, lo que encarece el costo del proyecto.

Cálculo de la fuerza para el avance del pistón

89

El cilindro debe ser capaz de soportar el peso de los equipos, la plataforma superior, la base

superior, y el mecanismo de tijeras, para poder mover elevar el sistema de elevación es decir 𝑊3 =3178.17𝑁

La fuerza que ejerce el pistón debe ser de la misma magnitud y de sentido contrario 𝐹𝐴.

𝐹𝐴 =𝑃×𝜋×𝐷2× 𝑅

4

Donde:

𝐹𝐴: Fuerza de avance del cilindro [N]

𝐷: diámetro del pistón [m]

𝑃: presión del aire [Pa], (6 Bar de acuerdo con los objetivos de diseño)

R=rendimiento del cilindro (se propone un rendimiento de 0.85, para un cilindro de diámetro

menor de 40mm)

Como la fórmula utiliza la presión en Pa, un bar equivale a 100,000 [𝑁𝑚2⁄ ]

Entonces 6 bar es igual 600,000 Pa = 100,000 [𝑁𝑚2⁄ ]

Despejado el diámetro del pistón de la ecuación anterior

𝐷 = √𝐹𝐴×4

𝑃×𝜋× 𝑅

Sustituyendo valores

𝐷 = √(3178.17𝑁)(4)

600,000 𝑁𝑚2⁄ /×(𝜋)×(0.85)

= 0.281𝑚

𝐷 = 0.281𝑚 Aplicando un F.S de 2

Por lo que el diámetro de pistón es 𝐷𝑝 = 𝐷×2

𝐷𝑝 = (0.281𝑚)×2

𝐷𝑝 = 0.563𝑚

El diámetro de pistón será de 0.563𝑚. De acuerdo a las especificaciones de los fabricantes no

existe un cilindro con ese diámetro por lo que se debe seleccionar un cilindro cuyo diámetro sea el

inmediato superior es decir 0.630m, de lo contrario el cilindro seria de fabricación única, lo que

encarece el costo del proyecto.

𝐷𝑝 = 0.630𝑚 = 630 mm

90

𝐷𝑝 = 630 mm

Como el sistema de elevación debe de ser de altura regulable mediante un cilindro de doble efecto.

Se selecciona un cilindro cuya carrera es de 313mm y el diámetro de pistón es de 630mm, de doble

efecto de la marca SMC modelo CP96SDD63-313C cuyo diámetro de vástago es de 20mm.

Cálculo de la fuerza de retroceso

Para calcular la fuerza de retroceso hay que tener en cuenta que el área se reduce debido a la

presencia del vástago [5]:

𝐹𝑅 =𝜋

4×(𝐷𝑝

2 − 𝑑2)×𝑃 ×𝑅

Donde:

𝐹𝑅: Fuerza de retroceso del cilindro [N]

𝐷𝑝: diámetro del pistón [m], (0.630m)

𝑑: diámetro del vástago [m]

𝑃: presión del aire [Pa], (6 Bar de acuerdo a los objetivos de diseño)

R: rendimiento del cilindro (se propone un rendimiento de 0.95, para un cilindro de diámetro mayor de 40mm) Sustituyendo en la ecuación anterior

𝐹𝑅 =𝜋

4×(0.630𝑚2 − 0.20𝑚2)×(60,000 𝑁

𝑚2⁄ ) ×(0.95)

𝐹𝑅 = 15,977.66𝑁

Definición de sistema electroneumático

Un sistema electroneumático típico está compuesto por cilindros de accionamiento neumático y

válvulas solenoides que proporcionan los movimientos y la lógica electrónica o eléctrica

necesarios para el control [10].

Electroválvulas

Son válvulas pilotadas eléctricamente, en uno o en ambos sentidos se emplean por lo general,

cuando se desea realizar mandos a grandes distancias [11]

Diagrama espacio-fase

Se representan los movimientos o estados de los elementos de tramo en función de las fases o

pasos del ciclo o programa, por ejemplo, vástago del cilindro saliendo o entrando y vástago del

91

cilindro entrando y saliendo sin tener en cuenta el tiempo que tarda [12], en la Fig. 4.46 se

muestra un ejemplo del diagrama espacio fase de los movimientos de dos cilindros.

Fig.4 46.-Diagrama Espacio- Fase

Para el diagrama espacio-fase del sistema de elevación se contempla un cilindro de doble efecto,

no cuenta con una secuencia establecida para los movimientos de este, debido a que el avance y

retorno del vástago depende del equipo que se esté ensamblando, así como de la altura del

operador. Se plantean dos escenarios

1) Suponiendo una secuencia donde el vástago se encuentra totalmente retraído (en esta

posición el émbolo es detectado por un sensor del tipo reed switch de la marca SMC

modelo D-A93L cuya etiqueta cuya etiqueta es SDown), y el vástago avanza hasta final

de la carrera (en esta posición el émbolo es detectado por un sensor del tipo reed switch

de la marca SMC modelo D-A93L cuya etiqueta es SUp), posteriormente se retrae

completamente el vástago, por lo que el diagrama espacio-fase será el de la Fig. 4.47.

Fig.4 47.-Diagrama Espacio- Fase del sistema de elevación

2) Suponiendo una secuencia donde el vástago se encuentra totalmente retraído (en esta

posición el émbolo es detectado por un sensor del tipo reed switch de la marca SMC

modelo D-A93L cuya etiqueta cuya etiqueta es SDown), y el vástago avanza hasta final

de la carrera (en esta posición el émbolo es detectado por un sensor del tipo reed switch

92

de la marca SMC modelo D-A93L cuya etiqueta es SDown), para el retroceso el vástago

hace una parada intermedia, y posteriormente 1A se retrae completamente el vástago, por

lo que el diagrama espacio-fase será el de la Fig. 4.48.

Fig.4 48.-Diagrama Espacio- Fase del sistema de elevación con para intermedia al retorno del vástago

Por lo tanto, el diagrama del cilindro del sistema de elevación estará en función de la cantidad de

paradas intermedias que se realicen, ya sea al avance o retroceso del vástago.

4.2.2. Diagrama de Fuerza neumático

En el caso del sistema de elevación para regular la altura de este se requiere de los siguientes

componentes:

-Un cilindro de doble efecto de la marca SMC modelo CP96SDD63-313C.

-Electroválvula para el avance del vástago de la marca SMC modelo SYJ512-5GZ-M5-Q. Para el

avance del vástago se requiere de una electroválvula de 3/2 pilotada en extremo con retorno por

muelle. Al enviar el pulso eléctrico al solenoide el vástago comenzara a avanzar, hasta que se

interrumpa el dicho pulso o hasta que se complete su carrera.

-Electroválvula para el retroceso del vástago de la marca SMC modelo SYJ512-5GZ-M5-Q. Para

el retroceso del vástago se requiere de una electroválvula de 3/2 pilotada en extremo con retorno

por muelle. Al enviar el pulso eléctrico al solenoide el cilindro comenzara a avanzar, hasta que

se interrumpa el dicho pulso o hasta que el pistón complete su carrera.

-Regulador de caudal con una válvula antirretorno pilotada integrada para el avance del vástago

de la marca SMC modelo ASP530F-03-10S. Esta combinación permite controlar la velocidad del

cilindro y las paradas intermedias temporales. Esta válvula impide que el cilindro se retraiga por

efecto de la carga cuando este se encuentra en una posición intermedia. Está válvula se coloca

para el retroceso y el avance del vástago.

En la Fig. 4.49 se muestra el diagrama de fuerza neumático del sistema de elevación, con los

componentes antes mencionados.

93

Fig.4 49.-Diagrama de fuerza neumático

Las especificaciones de los principales componentes se encuentran en el Anexo A.

4.2.3. Diagrama de control eléctrico

Para el control eléctrico del sistema de elevación se realiza mediante un relevador programable o

micro PLC de la marca Schneider Electric modelo SR2B201BD de 12 entradas digitales / 8

salidas digitales de 24VCD.

2

1

12

2

1

12

2

1 3

SOL2

2

1 3

SOL1

SDOWN SUP

94

Los relés programables o micro PLC pertenecen a la gama de autómatas programables, los cuales

algunos fabricantes están desarrollando con éxito para aplicaciones varias. Entre las ventajas

destaca la flexibilidad para la automatización a pequeña escala con bajo costo.

El micro PLC cuenta con dos lenguajes de programación de acuerdo a la IEC 1131-3 para la

programación de autómatas programables [13]:

-El lenguaje de esquema de contactos [ Ladder Diagram (LD)]

-El lenguaje de diagrama de funciones [Function Block Diagram (FBD

En la Fig. 4.50. se muestra el diagrama de control eléctrico del sistema de elevación, el cual

cuenta con los siguientes componentes:

-Disyuntor de la marca Allen Bradley modelo 1492-SPM2C020

Los disyuntores se encuentran equipados con dos dispositivos de protección conectados en serie,

y que reaccionan gracias a dos efectos que produce la corriente eléctrica cuando circula por un

conductor: temperatura y campos magnéticos. Por tal razón, estos dispositivos están equipados

con un disparador térmico que actúa durante la aparición de sobrecorrientes bajas (sobrecargas) y

de un disparador magnético para las corrientes altas (corrientes de cortocircuito).

-Fuente de Voltaje de 127 VCA/ VCD de la marca Allen Bradley modelo 1606-XLP72E

-Micro PLC de la marca Schneider Electric modelo SR2B201BD de 12 entradas digitales / 8

salidas digitales de 24VCD, en la Tabla 4.4 se enlistan las entradas digitales y en la Tabla 4.5 se

enlistan las salidas digitales

N° Nomenclatura Comentarios del funcionamiento

1 BOn Botón de encendido (N.A)

2 BOff Botón de apagado (N.A)

3 BP Botón de paro de emergencia (N.C)

4 BUp Botón para elevar plataforma (N.A)

5 BDown Botón para bajar la plataforma (N.A)

6 SUp Sensor de altura mínima del equipo (Sensor magnético)

7 SDown Sensor de altura máxima del equipo (Sensor magnético)

Tabla 4. 4.-Entradas digitales

Como ayuda visual se coloca una torreta de cuatro colores, para indicar el encendido, paro, el

vástago del cilindro completamente retraído y el vástago del cilindro completamente extendido,

es decir indican la posición más alta y baja del sistema de elevación.

95

N° Nomenclatura Comentarios del funcionamiento

1 Sol1 Salida a válvula selenoide (Avance de Cilindro)

2 Sol2 Salida a válvula selenoide (Retorno de Cilindro)

3 Torreta/Color Rojo Ayuda visual/ paro del equipo

4 Torreta/ Color Verde Ayuda visual/ equipo encendido

5 Torreta/Color Ámbar Ayuda visual/ altura mínima del equipo

6 Torreta/ Color Azul Ayuda visual/altura máxima del equipo

Tabla 4. 5.-Salidas digitales

Fig.4 50.-Diagrama de control eléctrico

96

La programación del PLC se realiza en el lenguaje de esquema de contactos, el micro PLC cuenta

con el software incluido (software Zelio Soft 2) por lo que no se requiere de una inversión extra.

En la Fig. 4.51 se muestra el esquema de contactos.

Fig.4 51.-Esquema de contactos del sistema de elevación editado en Zelio Soft 2.

Las especificaciones de los principales componentes se encuentran en el Anexo A.

97

4.3. Referencias

[1] Catálogo de rodillos (s.f). Dexter Opcon

[2] Tipos de tornillos (s.f). Descargado de http://tornillosorona.com.mx/

[3] Mott Robert L. (2006). Diseño de elementos de máquinas (4ta. Edición). México. Pearson

Educación

[4] Nociones básicas sobre rodamientos (s.f). Descargado de http://www.skf.com

[5] Ensayos de validación mecánica (s.f). Descargado de https://upcommons.upc.edu

[6] Bustamante, R. (s.f). Mécanica de sólidos

[7] Perez, N. Introduction to fracture mechanics, FractureMechanics, pp. 25 38, 2004.

[8] Beer. F., Johnston, E. (2010). Mecánica de materiales (5ta Edición). México, D.F: MC Graw-

Hill

[9] León, C., Solaque L. (2015). Análisis estático de sistema de fijación para asegurar centro en

entornos cilíndricos. IV Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica y Automatización

[10] Hyde., Regué, J., Cuspinera, A. (1997). Control electroneumático y electrónico. España:

Norgren.

[11] Fidalgo, J.A., Fernández, M.R.., Fernández. (2016). Tecnología Industrial II (2da Edición),

Madrid España: Ediciones Paraninfo, 286-287

[12] Gea, J. M., Lladonosa, V. (1998). Circuitos básicos de ciclos neumáticos y

electroneumáticos Barcelona, España: Marcombo

[13] Mandado, E., Acevedo J., Fernández, C., Armesto, J. (2009). Autómatas Programables y

sistemas de automatización (2da Edición). Barcelona, España: Marcombo

https://upcommons/

98

Análisis

financiero

En el presente capítulo se determinan los costos directos e indirectos, así como el

costo total del sistema de para la fabricación de este, considerando 8 estaciones

de trabajo dentro la redistribución de la planta, se realiza el cálculo para el retorno

de inversión de cada una de las estaciones de trabajo.

99

La empresa contempla 8 estaciones de trabajo para su redistribución de planta, en donde cada

estación requiere de un sistema de elevación, el cual se diseñó en el capítulo anterior. Para

determinar la vialidad del proyecto es necesario contemplar el costo de fabricación de cada

sistema de elevación.

Por definición un costo son todos aquellos gastos en los que incurre una empresa para realizar

una tarea, un trabajo o proyecto determinado. Las dos principales clases de costos que se conocen

son los costos directos y los costos indirectos [1].

Costos directos

Son aquellos costos que se asocian con el producto de forma clara, sin hacer ningún tipo de

reparto. Ejemplos de los costos de producción son:

- Materiales directos

- Mano de obra directa

Costos indirectos

Son aquellos costos que están implícitos en el proceso productivo, pero no se incorporan

directamente al producto final. Un ejemplo de costo indirecto es la mano de obra indirecta [2].

5.1 Costos directos del sistema de elevación

Para el sistema de elevación se contemplan los costos en pesos mexicanos (MXN) de los

materiales de cada uno de los subsistemas que los conforman (mecánico, eléctrico y neumático),

así como la mano de obra de proveedor necesaria para la fabricación, integración y

programación.

Materiales del subsistema mecánico

En la Fig. 5.1 se muestra el diseño del sistema de elevación

Fig.5 1.- Sistema de elevación

100

En las tablas siguientes se muestran el desglose de los costos de los componentes mecánicos para

cada uno de los subensambles del sistema de elevación, del soporte para el cilindro y el soporte

para el seguidor de levas.

En la Tabla 5.1 se muestra el costo total de los materiales mecánicos a utilizar para la fabricación

de la plataforma superior, en donde se ha determinado que el material idóneo es acero estructural

A-36 y los rodillos de gravedad a utilizar son de la marca Dexter Opcon.

Tabla 5.1.-Componentes mecánicos de la plataforma superior

En la Tabla 5.2 se muestra el costo total del material en acero estructural A-36 a utilizar para la

fabricación de la base superior.

Tabla 5.2.-Componentes mecánicos de la base superior

En la Tabla 5.3 se muestra el costo total de los materiales mecánicos a utilizar para la

farbricación del mecanismo de giro, en donde se contempla componentes en material estructural

A-36, el nylamind, los rodamientos y el acero AISI 1010 para la fabricación de los pernos para

los rodamientos.

101

Tabla 5.3.-Componentes mecánicos para el mecanismo de giro

En la Tabla 5.4 se muestra el costo total de los materiales mecánicos a utilizar para la fabricación

del subensamble del mecanismo de tijeras, en donde se contempla el material estructural A-36,

los rodamientos con seguidor de leva, los anillos de retención, el acero AISI 1010 para los pernos

de los soportes del mecanismo y los pernos que unen las tijeras, y finalmente el costo de los

rodamientos con seguidor de leva.

Tabla 5.4.-Componentes mecánicos para el mecanismo de tijeras

En la Tabla 5.5 se muestra el costo total del material estructural A-36 para la fabricación del

subensmable de base superior.

Tabla 5.5.-Componentes mecánicos para la base superior

102


subensamble del soporte del seguidor de leva.

Tabla 5.6.-Componentes mecánicos para los soportes del seguidor de leva


soporte de la base superior.

Tabla 5.7.-Componentes mecánicos para el soporte del cilindro

Consiederando los costos desglosados anteriormente, realizamos la suma de todos ellos para

obtener el costo total del material mecánico y la tornilleria contemplados para el sistema de

elevación, el cual es de $36,375.0. (Ver Tabla 5.8)

N° Concepto Costo

1 Plataforma superior $15,249.11

2 Base superior $659.94

3 Mecanismo de giro $10,202.62

4 Mecanismo de tijeras $4,052.37

5 Base inferior $1,140.34

6 Soporte de seguidor de leva $2,271.00

7 Soporte de cilindro $59.63

8 Tornillería $2,740.00

Total $36,375.01

Tabla 5.8.-Concentrado de costos material mecanico para el sistema de elevación

Materiales del subsistema eléctrico

En la Tabla 5.9 se muestra el costo total de los componentes para el control eléctrico del sistema

de elevación contemplando los elementos necesarios para el tablero de control (gabinete, micro

PLC, interruptores, pulsadores, etc.), así como los sensores de tipo reed switch los cuales se fijan

103

al cilindro, permitiendo así la detección del embolo del mismo, obteniendo así un costo de

$19,301.17 de material eléctrico.

Tabla 5.9.-Concentrado de costos del material eléctrico para el sistema de elevación

Materiales del subsistema neumático

En la Tabla 5.10 se muestra el costo total de los componentes neumáticos para el del sistema de

elevación contemplando los elementos necesarios, obteniendo así un costo de $33,246.42 de

material eléctrico.

Tabla 5.10.-Concentrado de costos del material neumatico para el sistema de elevación

104

Fabricación, integración y programación del sistema de elevación (mano de obra indirecta)

Para la fabricación de los compoentes (maquinados y paeleria) se contempla un proveedor,

mismo que se encargará de la integración de los subsistemas neumatico y electrico, contemplado

los costos de la Tabla 5.11. Cotización proveedor

Puesto Horas Costo/ Hora Costo/Total

Programador 24 $72.60 $1,742.40

Oficial Eléctrico 50 $72.60 $3,630.00

Oficial Mecánico 150 $72.60 $10,890.00

Tornero 100 $72.60 $7,260.00

Ayudante 150 $39.18 $5,877.00

Total $29,399.40

Tabla 5.11.-Concentrado de los costos de mano de obra directa el sistema de elevación

5.2 Costos indirectos del sistema de elevación

En los costos indirectos de sistema de elevación se contemplan las horas de ingenieria necesarias

para el diseño conceptual, desarrollo del sistema mecánico, electrico y neumatico. (Ver Tabla

5.12).

De acuerdo con el articulo publicado en la revista AM de Querétaro el día 16 de Abril del 2018 el

salario promedio de los Ingenieros en México es de 22 mil 943 pesos (MXN) [3], tomando como

base este dato el sueldo de un Ingeniero por semana es de $5,735.75. De acuerdo con la Ley

Federal del Trabajo (LFT), una jornada diurna es de 8 horas al día, 48 horas semanales, por lo

que el sueldo por día será de $119.49.

Para la etapa del diseño conceptual se contemplan se contemplan las horas invertidas el

desarrollo del QFD, análisis funcional, árbol de funciones, matriz morfológica, descritos

en el capitulo 3.

Para la etapa de sistema mecánico, electrico y neumatico se contemplan las horas

invertidas para el diseño, simulaciones, selección y cotización de los materiales

Concepto Horas C/Hora Total

Conceptualización 54 $119.49 $6,452.46

Sistema mecánico 72 $119.49 $8,603.28

Sistema neumático 24 $119.49 $2,867.76

Sistema eléctrico 24 $119.49 $2,867.76

Total $20,791.11

Tabla 5.12.-Concentrado de los costos de mano de obra indirecta el sistema de elevación

105

5.3 Costo total del sistema de elevación

Partiendo de los costos indirectos y directos descritos anteriormente determinamos el costo total

del sistema de elevación (Ver Tabla 5.13)

Concepto Tipo de costo Costo

Mano de Obra Proveedor Costo directo $29,399.40

Material mecánico Costo directo $36,375.01

Material neumático Costo directo $33,246.42

Material eléctrico Costo directo $19,301.17

Ingeniería Costo indirecto $20,791.11

Total $139,113.11

Tabla 5.13.-Costo total del sistema de elevación

5.4 Inversión costo del sistema de elevación

La inversión es la etapa del ciclo del proyecto en el cual se materializan las acciones, que dan

como resultado la producción de bienes o servicios y termina cuando el proyecto comienza a

generar beneficios [4].

En primer trimestre del año 2017 la empresa cotizó una plataforma de elevación cuyo costo es de

$298,560 considerando la posibilidad de la adquisición de dichos equipos para poder realizar el

ensamble de los equipos de cocción.

Considerando que en la redistribución de planta donde se contemplan 8 estaciones de trabajo

donde en cada estación se debe instalar una plataforma de elevación, la inversión sería de

$2,388,480

En la Fig. 5.2 – se muestra la plataforma de elevación cotizada. Sin embargo, el equipo no cuenta

con una base rotatoria por lo que la rotación de los equipos la tendría que realizar el operador con

el fin de ensamblar los equipos.

Fig.5 2.-Plataforma de elevación

106

Actualmente la empresa gasta entre $35,000 y $40,000 mil pesos mensuales en el pago de tiempo

extra. Por lo que el retorno de inversión para cada plataforma será en:

𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 =$298,560

$35,000= 8.53 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠

Y el retorno de inversión total del proyecto será en 68.24 meses (5.68 años). En contraste,

considerando el sistema de elevación diseñado cuyo costo es de $148,554.40 la diferencia de

costo respecto al equipo cotizado es de $150,000 y a diferencia de la plataforma de elevación el

retorno de inversión por cada sistema de elevación es de:

𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 =$139,113.11

$35,000= 3.97 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠

Y el retorno de inversión total del proyecto será en 31.79 meses (2.64 años).

Como el sistema diseñado, instalado en las 8 estaciones, representa un ahorro de 53.41% y una

reducción del retorno de inversión del 46.59 % respecto la plataforma cotizada, se demuestra que

financieramente el sistema diseñado es la mejor opción.

107

5.5 Referencias.

[1] Project managment (s.f.). Descargado de http://www.obs-edu.com

[2] Diferencia entre costos directos e indirectos (s.f.). Descargado de

http://www.webyempresas.com

[3] Ingeniero en manufactura es la profesión mejor pagada en México. (16 de Abril del 2018).

Descargado de http://www.obs-edu.com http://amqueretaro.com

[4] Meza Jhonny (2013). Evaluación financiera de proyectos (Tercera Edición). Bogotá,

Colombia: Ecoe ediciones

http://www.webyempresas.com/

108

Conclusión

La importancia de la automatización en el manejo de los materiales reduce la monotonía del

trabajo, pudiendo disminuir el costo de la producción, mejorando la calidad del producto, etc. En

la actualidad muchos de los equipos de manejo de materiales se enfocan en reducir el riesgo de

las lesiones de trabajo, permitiendo que los operadores puedan realizar trabajos de manera

ergonómica, mejorando las condiciones de trabajo para ellos.

El diseño del sistema de elevación se base en el modelo del proceso de diseño según Michael

French utilizando diversas herramientas tales como: QFD, análisis funcional, árbol de funciones

y matriz morfológica.

Para el proceso de diseño se utilizaron diferentes softwares: el diseño mecánico, así como sus

simulaciones y ensambles se realizó mediante SolidWorks, mientras que el sistema

electroneumático se simulo en Fluid Sim y finalmente el diagrama en escalera para la programación

del micro PLC. Para el análisis financiero del sistema de elevación se consideran los materiales

necesarios para su fabricación, en general se comprueba que el costo de cada sistema representa un

ahorro del 53.41% comparado con el equipo que la empresa cotizo.

109

Anexo A.- Especificaciones

Sección A.1. Componentes mecánicos

Acero estructural A-36

110

Tornillería grado 5

Rodamiento seguidor de leva modelo CR 30 VUUR de la marca IKO

111

Acero AISI 1010 Templado

112

Rodamiento de la marca SKF 7203 BE-2RZP

113

Bronce S.A.E. 64

114

Nylamid

115

Sección A.2. Componentes eléctricos

Disyuntor de la marca Allen Bradley modelo1492-SPM2C020

Fuente de Voltaje de 127 VCA/ VCD de la marca Allen bradley modelo 1606-XLP72E

116

Micro PLC de la marca Schneider Electric modelo SR2B201BD de 12 entradas digitales / 8

salidas digitales de 24VCD

117

Sensor del tipo reed switch de la marca SMC modelo D-A93L

118

Torreta de 4 segmentos de la marca Banner modelo TL70BGYRQ

119

Sección A.3. Componentes neumáticos

Cilindro neumático de la marca SMC Modelo CP96SDD63-313C

120

Regulador de caudal con válvula antirretorno pilotada de la marca SMC modelo ASP530F-03-

10S

121

Electroválvula 3/2 monoestable de la marca SMC modelo SJ512-5GZ-M5-Q

Anexo B.- Planos de Ingeniería

Sección de Estudios de Posgrado e Investigación ESIME Unidad Azcapotzalco

TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM

TOLERANCIAS NO INDICADAS UNE EN 22768- m PROYECCIÓN: N° PLANO:

DISEÑO: ING. LAURA RUBIO SILVA FECHA: JULIO/2018

I.P.N.

A

B

4

7

6

3

5

2

C

1 DETALLE AESCALA 1 : 5

10

11

12

DETALLE BESCALA 1 : 5

8

DETALLE CESCALA 1 : 5

9

Sistema de elevación

Despiece11:10

N° Designación Referencia Material Cantidad1 Plataforma

superior 1.01 N/A 12 Base superior 1.02 N/A 13 Mecansimo de giro 1.03 N/A 14 Mecanismo de

tijeras 1.04 N/A 1

5 Base inferior 1.05 N/A 16 Soporte de

seguidor de leva 1.06 N/A 4

7 CilindroCP96SDD63-313C. N/A N/A 1

8 Soporte de cilindro 1.07 N/A 19 Tuerca hexagonal

0.75x10-B-N N/A GR.5 6

10Tornillo cabeza

hexagonal 0.8750-9x.15-N

N/A GR.5 4

11 Arandela tipo B 0.875 N/A Acero al carbono 4

12 Tuerca hexagonal 0.875-9-B-N N/A GR.5 4

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

SEPI ESIME UNIDAD AZCAPOTZALCO

TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM

TOLERANCIAS NO INDICADAS UNE EN 224768-m PROYECCIÓN: N° PLANO:

DISEÑO: ING. LAURA RUBIO SILVA FECHA:08 DE JULIO 2018

I.P.N.Sistema de elevación

9 1 8 12

14

5

41326

10

3

12

1

7

1.01.011.01.02

1.01.03

1.01.04

1.01.06

1.01.07

1.01.08

1.01.09

1.01.13

N/A

N/A

1.01.10

1:10

A-36A-36

A-36

A-36

A-36

A-36

A-36

A-36

A-36

A-36

A-36

Gr.2 AISI/ASME B-18.3

Gr.2 AISI/ASME B-18.3

N° Designación Referencia Material Cantidad1 01-Base-PTR2 4

2 01-Base-PTR1 4

3 solera_marco_base01 2

4 Ángulo_marco_base01 2

5 HX-SHCS 0.375-16x1x1-N 20

6 Solera_marco_base02 2

7 Ángulo_marco_base02 2

8 Placa_base 1

9 Solera_sop_base_rodillos-02 4

10 PolintipoC_Cal12_3x1-1_2 4

11 Dexter Opcon Mod. 125 N/A 22

12 Tornillo cilindrico 0.375-16x1x1-N 20

13 Solera_marco_base03 2

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

Plataforma superior1.01


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




100

3

8.10

116

1.90

120

0

5 X

7.94

350

6

00 8

50 1

100

19.05

38.10

38.

10

1:10

1.01.0101_Base_PTR_01

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




25.

40

25.40

61.

90

311

.90

561

.90 8

11.9

0 1

061.

90

112

3.80

C

12.70

7.9

4


01_Base_PTR11:5

1.01.02

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




100

116

1.90

38.

10

38.10 63.50

350

6

00

850

1

100

120

0

D

E

12.70

44.45

63.50

9.53

DETALLE DESCALA 1 : 2

4.7

6

DETALLE EESCALA 1 : 1

Solera_marco_base_011:10 1.01.03

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.Sistema de elevación 9.53

38.10

9.5

3

38.

10

38.

10

110

0 8

50

116

1.90

1

200

350

1

00

600

F

5x 7.94

DETALLE FESCALA 2 : 5

1:5

Ángulo_marco_base_01 1.01.04

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




38.10

112

3.80

61.

90

311

.90 5

61.9

0 8

11.9

0 5 x 7.94 POR TODO

4.76

Solera_de_marco_base021:5 1.01.06

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




19.

05 561.90

311.90

811.90

61.90

1061.90 1123.80

G

9.53

38.10

9.5

3

38.

10

5X7.94

DETALLE GESCALA 1 : 5

ESCALA 1:5

ESCALA 1:10

Ángulo_marco_base_02N/A

1:5

1.01.07

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




H

600

1200

600

120

0

770

3.1

8 DETALLE HESCALA 1 : 2

1:2

Placa_base1.01.08

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




12.70 25.40

61.

90

311

.90

561

.90

811

.90

106

1.90

112

3.80

5 X 7.94

5 x 7.94 POR TODO

I 4.76

DETALLE IESCALA 2 : 5

Solera_sop_base_rodillos1:5

1.01.09

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




61.

90

161

.90 2

61.9

0 3

61.9

0 4

61.9

0 561

.90 661

.90

761

.90 861

.90 961

.90

106

1.90

K

K

112

3.80

SECCIÓN K-KESCALA 1 : 5

S

60.

33

76.

20

4.2

8

38.10

DETALLE SESCALA 2 : 5

PolintipoC_Cal12_3X-1-1/2

N/A 1.01.10

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM




25.40

112

3.80

61.

90

12.70

311

.90

561

.90

811

.90

106

1.90

T

4.76

7.94

DETALLE TESCALA 2 : 5

1:5

Solera_sop_base_rodillos1.01.13

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:


FECHA: JULIO/2018

I.P.N.DISEÑO: ING. LAURA RUBIO SILVA

2

1

Base superior

1: 10

A-36

MM

1.02


N° Designación Referencia Material Cantidad

1 PTR01_Base_Inferior 1.02.01 A-36 42 Placa01_ Base_inferior 1.02.02 A-36 1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:


FECHA: JULIO/2018


H

239.38 960.62

1200 9

60.6

2 1

200

4 X 20.64

239

.38

4.7

6 DETALLE HESCALA 1 : 5

MM

1.02.01Placa01_Base_inferior

1:10

Base superiorA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:


FECHA: JULIO/2018


112

3.80

119

0 G

38.10

38.

10

45° DETALLE G

ESCALA 1 : 5

1.02.02PTR01_Base_inferior

MM

1:10

Base superiorA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM


DISEÑO: ING. LAURA RUBIO SILVA FECHA: JULIO 2018

I.P.N.

3

2

1

1.051:10

N° Designación Referencia Material Cantidad1 Placa_base_01 1.05.01 A-36 12 Ángulo_base_01 1.05.02 A-36 23 Ángulo_base_02 1.05.03 A-36 2

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

Base Inferior



TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

F

100 200

350 600

850 1000

1200

238

.10

125

7.15

1

038.

10

127

6.20

1100

10 x 15.88

9.5

3

DETALLE FESCALA 1 : 2

Placa_base_011:10 1.05.01

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

Base inferior


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

9.53 5

0.80

114

9.20

1

200

9.53 50.80

9.5

3

50.

80

Ángulo_base_011:10 1.05.02

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

Base inferior


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

118

0.95

9.53

50.80 9

.53

50.

80

1:10

Ángulo_base_02 1.05.03

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

Base inferior


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM


DISEÑO: iNG. LAURA RUBIO SLVA FECHA: JULIO/2018

I.P.N.

39

6

102

1

1:5

48

7

5


Mecanismo de giro 1.03

1:10


1 Brida_pieza01 1.03.01 A-36 12 Brida_pieza02 1.03.02 A-36 13 Brida_pieza03 1.03.03 A-36 14 Brida_pieza04 1.03.04 A-36 15 Brida_pieza05 1.03.05 A-36 1

6 Rodamiento SKF 7203 BE-2RZP N/A N/A 48

7 Sufridera_nylamind 1.03.07 NMX-E-202-1993-SCF1 1

8 Perno01_rodamiento_brida 1.03.08 AISI 1010 24

9 Perno02_brida 1.03.09 AISI 1010 6

10 Anillo de retención externo 3DM1-17 N/A N/A 24

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

76.

20

823.65

830

A

DETALLE AESCALA 1 : 2

1:10

Mecanismo de giro

Brida_pieza01

A-36

1.03.01

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

P

830

10

00

3.1

8 DETALLE PESCALA 1 : 2

Mecanismo de giro

Brida_pieza021:10

A-36

1.03.02

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

R

740

19

.05

65

0 83

0

30°

3.1

8

DETALLE RESCALA 1 : 1

Brida_pieza03

Mecanismo de giro

1:5

A-36

1.03.03

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

S

19.05

20.64

680

1100

30°

90°

3.1

8

DETALLE SESCALA 1 : 2

Brida_pieza04

Mecanismo de giro

1:10

A-36

1.03.04

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

38.

10

1000

993.65

1000

Y

15°

19

.05

DETALLE YESCALA 1 : 2

Mecanismo de giro

Brida_pieza_051:5

A-36

1.03.05

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

980.95

V

830

980.95

1.5

9 DETALLE VESCALA 1 : 1

Mecanismo de giro

Sufridera_Nylamind1:10

Nylamind

1.03.07

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

19

.05

22

.23

2.20 X 45°

6.20 7.50

32 44.70 48.85 51.05

12

.60

17

2.20 X 45°

15

.96

1:10

Mecanismo de giro

Perno01_rodamiento_brida

AISI 1010

1.03.08

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN: MM



I.P.N.

3.18

86.45 124.55

22

.23

19

.05

Mecanismo de giro

Perno02_brida1:1

AISI 1010

1.03.09

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM

TOLERANCIAS NO ESPECIFICADAS UNE EN 22768-m PROYECCIÓN: N° PLANO:

DISEÑO: ING. LAURA RUBIO SILVA FECHA: JULIO/ 2018

I.P.N.

A

B

109

6

8

7

3

9


1


4

2

5


Mecanismo de tijeras 1:10 1.04


1 Soporte_ de mecanismo 1.04.01 A-36 4

2 Buje_mecanismo_02 1.04.02 BRONCE SAE 64 12

3 Solera_mecanismo-tijeras 1.04.03 A-36 4

4 Perno01_ mec _tijeras 1.04.04 AISI 1010 2

5Anillo de retención externo 5160-75 -

S0.75N/A Acero al carbono 2

6 Arandela 0.75" N/A Acero al carbono 87 Tuerca 0.75"-16 N/A Acero al carbono 4

8 Rodamiento_CR 30 VUUR N/A N/A 4

9 Soporte_unión _tijeras 1.04.09 A-36 2

10 Pieza4_soporte_ cilindro 1.04.10 A-36 1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

AA

4

5

3

1

2

6


Soporte_de mecanismo 1.04.011:2


1 Pieza02_sop_mec _tijeras 1.04.01 A-36 1

2 Pieza01_sop_mec _tijeras 1.04.01.02 A-36 2

3 Buje_mecanismo 1.04.01.03 Bronce SAE 64 2

4 Pieza3_sop_mec _tijeras 1.04.01.04 A-36 4

5 Perno02_mecanismo_tijeras 1.04.01.05 AISI 1010 1

6Anillo de retención

externo B27.1 - NA1-75

N/A 1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

45

90

44.

50

25.40

R30

B

B

Soporte_de mecanismo

12.70

SECCIÓN B-BESCALA 1 : 1


Pieza01_sop_mec_tijeras1.04.01.021:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

9.5

3 92

90


Pieza02_sop_mec_tijeras1.04.01.011:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

12.

70

15.

70

25.40

33

.40


Buje_mecanismo 1.04.01.031:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

6.3

5

25.40

25.

40


1.04.01.04Pieza03_sop_mec_tijeras

2:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

3 X 45°

22

.23

28

.58

A

5.96 7.03

53.13

54.72 57.89

13

.05

19

.05

1.07

0.5

9


Perno02_mec_tijeras


1.04.01.051:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

12.

70

19.05

25.40


1.04.02Buje_mecanismo_02

2:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

3 X 25.40

38.

10

575

.91

111

3.72

1

151.

82

12.70


Solera_mecanismo_tijeras1.04.031:5

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

3 X 45°

22

.23

28

.58

B

5.96 7.94

33.34 34.93

38.10

13

.05

19.0

5

1.98

0.5

9



Perno01_mec_tijeras 1.04.041:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

C

963.20

76.

20

9.5

3


1.04.09


Soporte_unión_tijeras1:10

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

12 24

42

16

R12

16

1.04.10


Pieza4_soporte_cilindro1:1

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

5

1

3

4

2


Soporte de seguidor de leva1:2

NO. Designación Referencia Material Cantidad

1 PTR01_Sop_seguidor_de_leva 1.06.01 A-36 1

2 Solera01_Sop_seguidor_de_leva 1.06.02 A-36 1

3 Ángulo01_Sop_Seguidor_de_leva 1.06.03 A-36 1

4 Solera02_Seguidor_de_leva 1.06.04 A-36 2

5Tornillo

autorroscable cabeza hueca

0.25-20x0.5x0.5-NN/A Gr.5 2

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

25.

40

25.40 475.53

Soporte de seguidor de leva

PTR01_Sop_seguidor_leva1:5 1.06.01

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

12.

70 6.35-20 X19.05

19.05

456.48 475.53 38.

10

79.

38


1:5

Solera01_Sop_seguidor_leva1.06.02

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

25.40

25.

40

14.29

466

4

75.5

3

9.5

3 2

X 6.3

5X To

do


1:5

Ángulo01_Sop_seguidor_leva1.06.03

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

4.7

6

25.40

53.

98


1:1

Solera02_Sop_seguidor_leva1.06.04

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

2

1

12

32

54

12.70

19.30


Soporte de cilindro1:1 1.07

N° Designación Referencia Material QTY.1 Pieza2_Sopcilindro 1.07.01 A-36 12 Pieza1_Sopcilindro 1.07.02 A-36 2

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

12 24

42

12

R12

12.70

1:1

Pieza01_Sopcilindro

Soporte de cilindro

1.07.01

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1


TITULO:

SUBTITULO: ESCALA:

ACOTACIÓN:MM



I.P.N.

6.60

24

9.53

24

2:1

Soporte de cilindro

Pieza02_Sopcilindro1.07.02

A A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

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