alternativas qfd.docx

REDISEÑO DE PRENSA PARA LADRILLOS ECOLÓGICOS TIERRA-CEMENTO: ETAPA DE ANALISIS DE ALTERNATIVAS

LINA MARCELA RODRIGUEZ GARCIA

Profesor Adolfo León Arenas Landinez

Ingeniero Mecánico

Bucaramanga

Universidad industrial de Santander

Facultad de ingenierías fisicomecánicas

Escuela de ingeniería mecánica

2013

Contenido

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................3

1. SUBCONJUNTOS QUE COMPONEN EL DISEÑO..........................................................6

1.1 Subconjunto 1: Alimentación y dosificación......................................................................6

1.1.1 Tolva de alimentación:..................................................................................................7

1.1.2 Bandeja de dosificación................................................................................................8

1.2 Subconjunto 2: Prensado y conformado............................................................................8

1.2.1 Sistema de extrusión de ladrillo tradicional................................................................9

1.2.2 Sistema de prensado de ladrillos arena-cemento...................................................10

1.2.3 Sistema de prensado de ladrillos tierra-cemento....................................................11

1.3 Estructura.............................................................................................................................12

2. BENCHMARKING.................................................................................................................13

2.1 Alternativa 1.........................................................................................................................13

2.2 Alternativa 2.........................................................................................................................14

2.3 Alternativa 3.........................................................................................................................14

3. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS POR MATRIZ QFD..............................................15

4. APLICACIÓN DE QFD A CADA UNA DE LAS ALTERNATIVAS................................18

4.1 Alternativa 1: prensado con sistema de piñón-corredera..............................................19

4.2 Alternativa 2: Prensado con palanca-Distribución longitudinal.....................................20

4.3 Alternativa 3: Prensado con palanca-Distribución 2x2..................................................20

5. ALTERNATIVA SELECCIONADA: PROPUESTA ESTRUCTURADA SEGÚN CRITERIOS FUNCIONALES, OPERATIVOS Y ECONÓMICOS.........................................21

5.1 Criterio funcional.................................................................................................................21

5.2 Criterio operativo.................................................................................................................23

5.3 Criterio económico..............................................................................................................23

BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................24

Lista de ilustraciones

Ilustración 1. Subconjuntos del diseño...............................................................................................6Ilustración 2. Tolva de alimentación cónica con canal.......................................................................7Ilustración 3. Tolva de alimentación prismática con bandeja dosificadora........................................8Ilustración 4. Sistema de extrusión de ladrillo tradicional................................................................10Ilustración 5. Maquina ponedora de bloques de concreto...............................................................11Ilustración 6. Prensa de ladrillos tierra-cemento modelo V3...........................................................12Ilustración 7. Extrusora de ladrillo tradicional modelo 3000............................................................13Ilustración 8. Boceto alternativa 1...................................................................................................14Ilustración 9. Boceto alternativa 2...................................................................................................14Ilustración 10. Boceto alternativa 3.................................................................................................15Ilustración 11. Esquema simplificado de la prensa...........................................................................21Ilustración 12. Ventaja mecánica en función del ángulo de trabajo.................................................22

Lista de tablas

Tabla 1. Matriz QFD..........................................................................................................................16Tabla 2. Matriz QFD: Sistemas de prensado y conformado..............................................................19

INTRODUCCIÓNEn la fase del diseño conceptual se da la búsqueda de muchos conceptos de diseño alternativos: Esta es la fase inventiva en donde juega un papel crucial la creatividad del diseñador para generar y estructurar gráficamente propuestas de diseño frente a la necesidad planteada inicialmente.

A lo largo de este documento se evidencia la creación de alternativas de rediseño para una prensa de ladrillos ecológicos tierra-cemento, donde se ha estudiado la prensa actual dividida en subconjuntos, cada uno con sus respectivas características y sus implicaciones en lo que respecta a requerimientos, restricciones y especificaciones de diseño.

Estudiando conceptos de diseño ya existentes, se generaron una serie de alternativas. Estas fueron sometidas a evaluación, donde se relacionaron los deseos del cliente con parámetros ingenieriles. Usando la metodología QFD para este propósito, se logró dar un orden de importancia a los requerimientos del cliente: Estos servirían como base para escoger la alternativa viable y empezar a estructurarla mediante un boceto.

La escogencia no se limitó únicamente a aspectos técnicos y tecnológicos: la parte de impacto social y económico también se tuvo en cuenta, así como los criterios operacionales y funcionales con aplicaciones simples de modelos físicos, selección de materiales y futuros procesos de fabricación y ensamble.

1. SUBCONJUNTOS QUE COMPONEN EL DISEÑO

La prensa de uso generalizado, conocida como CINVA-RAM se ha dividido en tres subconjuntos: Alimentación y dosificación, prensado y conformado y estructura. Estos subsistemas facilitaran el estudio detallado de las características de cada uno de sus componentes y las implicaciones de estos sobre la prensa como un todo, con el fin de aplicar las mejoras en las partes más deficientes. Cabe resaltar que los tres subsistemas se mantendrán en el nuevo diseño, lógicamente con las modificaciones pertinentes o los nuevos elementos incluidos.

Ilustración 1. Subconjuntos del diseño

1.1 Subconjunto 1: Alimentación y dosificación La actual CINVA-RAM es una prensa que no cuenta con un sistema de alimentación: este proceso es completamente manual, lo que lo hace lento y poco eficiente, pues se presentan grandes pérdidas de material al depositarlo con ayuda de una pala en la pequeña caja de moldeo. En la dosificación varía mucho la cantidad de material que se vierte en la caja de moldeo; la mayoría de veces siendo menos de lo requerido para garantizar las dimensiones del bloque, ocasionando la repetición del proceso de alimentación. Es vital en el nuevo diseño crear un sistema de alimentación y dosificación que garantice las dimensiones y la calidad del ladrillo fabricado, sin necesidad de repetir el proceso o tener pérdidas de material.

PREN

SA D

E BT

C

Alimentacion y dosificacion

Prensado y conformado

Estructura

Observando prensas con mejoras en este aspecto, es común el uso de tolvas de alimentación y bandejas deslizantes de dosificación:

1.1.1 Tolva de alimentación:Es un dispositivo similar a un embudo de gran tamaño, destinado al depósito y canalización de materiales. Generalmente tiene una forma cónica con paredes inclinadas, de tal forma que la carga se efectúe por la parte superior y descargue por una compuerta inferior.

Para este caso, la tolva de alimentación debe tener una abertura de descarga amplia por la textura de la mezcla tierra-cemento, evitando que esta se acumule en el fondo y no se dé la correcta alimentación de la bandeja dosificadora. Es por eso que se busca una geometría menos cónica y más prismática: Con esto se maneja un buen volumen en el dispositivo, además de cumplir la condición de abertura amplia a la salida de la mezcla.

Una geometría como la mencionada también facilita el proceso de fabricación de la tolva, pues este se haría con chapa metálica doblada en forma simple.

El material de la tolva debe ser un acero resistente a la corrosión por la humedad de la mezcla, o debe estar recubierto por pinturas que satisfagan esta condición.

Es útil que este dispositivo sea fácilmente desmontable de la prensa, para facilitar el transporte de la misma o hacer una limpieza rutinaria en el sistema de alimentación y dosificación.

Ilustración 2. Tolva de alimentación cónica con canal

1.1.2 Bandeja de dosificaciónEs un dispositivo simple que se adapta a la tolva de alimentación, de tal manera que luego de vaciado el material, este llega al fondo de la tolva y se deposita en una cavidad del mismo.

Muchas tolvas de alimentación traen consigo un canal de dosificación, pero este no es lo apropiado para el caso ya que como se mencionó anteriormente, la textura de la mezcla no facilita su deslizamiento: El operario debe hacer intervención en este proceso.

La idea es tomar una bandeja de dosificación similar a las que se observa en las prensas con este sistema, con un tamaño adaptado al nuevo diseño claro está. Esta pieza no generará un exceso de peso en la prensa, pues su proceso de fabricación será también en chapa metálica delgada. Su material de fabricación debe ser un acero resistente a la corrosión o se le deben aplicar pinturas anticorrosivas.

La geometría en esta pieza debe ser bastante sencilla y adaptable a la forma de la tolva de alimentación y la prensa. Debe ser desmontable para facilitar el transporte o la limpieza de la prensa.

Ilustración 3. Tolva de alimentación prismática con bandeja dosificadora

1.2 Subconjunto 2: Prensado y conformadoEl sistema de prensado que aplica la presión a los bloques debe garantizar valores entre 20-40 kg/cm2. Además de aumentar el número de bloques conformados por minuto, se debe garantizar la calidad de los mismos: Estos van a ser la unidad constructiva de gran cantidad de edificaciones, todas ellas expuestas a

condiciones ambientales típicas de la región que ponen a prueba sus propiedades físicas.

1.2.1 Sistema de extrusión de ladrillo tradicionalEste sistema de conformado de ladrillo ha sido diseñado exclusivamente para la mezcla arcillosa de ladrillo tradicional: Es una mezcla bastante pastosa y plástica que facilita el transporte a través del tornillo sin fin y el paso por la matriz que le dará la forma al ladrillo. Con este sistema se obtiene un bloque macizo de gran tamaño, que posteriormente es seccionado en el tamaño real de un ladrillo.

Recordando, la mezcla tierra-cemento de los ladrillos ecológicos solo tiene el 5% de agua, así que para esta mezcla semi-seca no sería adecuado su procesamiento en una máquina de este tipo.

Para la alternativa generada se toma el mecanismo del tornillo sin fin y se aplica en el mecanismo piñón-corredera y de la sección de corte individual se crea una paleta de filamentos tensos para corte individual de los 4 ladrillos:

Se vacía el material en la tolva de alimentación mostrada y con la ayuda de una lámina deslizante el operario tira de esta para permitir la deposición de material en la caja de prensado; la lámina vuelve a su posición original.

El segundo operario gira continuamente la manivela conectada al conjunto piñón-corredera hasta alcanzar la compresión adecuada del bloque de material, donde ocurre un desplazamiento horizontal de una placa cuadrada que presiona la mezcla en la caja.

Finalizada esta labor, el operario ubicado en la sección de corte vuelve a abrir una bandeja frontal, permitiendo el deslizamiento del bloque ya prensado. Al tener el bloque ubicado en la zona de corte individual, este procede a girar la paleta de filamentos tensos para seccionar el bloque macizo en los 4 ladrillos esperados.

Este modelo hace que el operario se fatigue al girar continuamente la manivela. La mejor opción sería conectar un motor en esta parte, pero el nuevo diseño debe ser completamente manual. El precio del sistema piñón- corredera es mucho mayor que el de un sistema de palanca simple. Cabe aclarar que este sistema entrega una muy buena calidad en la compresión del ladrillo, pues transforma completamente el movimiento giratorio en la manivela por uno horizontal de conformado, pero hora del seccionamiento del bloque macizo, podrían generarse desmoronamientos en las aristas en contacto con los filamentos.

Es un sistema que tiene dos compuertas en la caja de moldeo: Ambas deben estar continuamente abriendo y cerrando dependiendo de la parte del proceso donde se esté (Depositando material en la caja o cediendo el paso del bloque macizo para ser cortado) por lo que para producir cuatro ladrillos no sería suficiente un minuto.

La lubricación del piñón-corredera se tendría que hacer continuamente. Si alguna de estas piezas se llegara a dañar, el proceso de reparación es mucho más elaborado por la complejidad del sistema.

Ilustración 4. Sistema de extrusión de ladrillo tradicional

1.2.2 Sistema de prensado de ladrillos arena-cementoSon máquinas de ejecución manual que producen bloques a bajo costo. Los bloques se colocan sobre un piso de hormigón y la máquina es movida por el operario a la próxima puesta. Este procedimiento elimina la necesidad de un segundo operario que manipule el bloque para el área de curado. Para su correcto funcionamiento es necesario que se adapte a ella un motor que genere cierta vibración a la mezcla de arena-cemento a la hora de depositarlo en las cavidades y también al momento del conformado.

Es una máquina de fácil transporte y de fácil proceso de fabricación por la simplicidad en sus formas.

La presión que aplica este tipo de máquina a la mezcla no es apta para una mezcla de tierra-cemento al ser menor. La necesidad de tener un piso de hormigón para depositar los bloques conformados genera un gasto extra: Los

bloques de tierra-cemento se pueden disponer para el curado sobre tablones de madera y alcanzar una organización de hasta 5 filas sin sufrir daños.

Alcanza una productividad de 1000 bloques en 8 horas de trabajo, la cual es menor que lo que se pretende obtener con el nuevo diseño de la prensa: Produciendo 4 bloques por minuto se alcanzan hasta 1900 ladrillos en una jornada laboral de 8 horas. Tiene además ciertas limitaciones de producción de algunas formas en los ladrillos.

Ilustración 5. Maquina ponedora de bloques de concreto

1.2.3 Sistema de prensado de ladrillos tierra-cementoEl sistema de prensado mostrado en la figura 5 es algo más sofisticado que el de la sencilla CINVA-RAM: Tiene una estructura unida a la palanca que desplaza verticalmente mientras esta gira al realizar el prensado. Esta estructura llega al punto final de su carrera cuando en la parte superior se ha cerrado la tapa de la caja de moldeo con material listo para prensar.

El cierre perfecto de la caja de moldeo se da gracias a un sistema de traba que encaja con un pivote en el extremo de la palanca, lo que hace que la fuerza aplicada por el operario sea aplicada directamente sobre el material depositado en la caja.

Finalizado el prensado, la misma palanca se encarga de girar la tapa y desplazar la misma estructura que sirvió para el prensado para sacar el bloque de la caja de moldeo y disponerlo para su proceso de curado y almacenamiento. El giro de la

tapa se da cuando los eslabones de la palanca chocan con una saliente de la tapa y el desplazamiento vertical ocurre cuando los eslabones conectados a la palanca hacen contacto con una barra que hace parte de la estructura de la prensa.

Se cuenta con una tolva de alimentación y una bandeja dosificadora. Es una estructura simple y liviana. Su proceso de fabricación es hecho básicamente en chapa metálica y generalmente se recubre el metal usado con pinturas anticorrosivas para aminorar gastos. La caja de moldeo está hecha de un acero resistente. Su uso es muy sencillo y se puede conseguir a un precio relativamente bajo en relación a los otros sistemas de prensado mostrados.

Lastimosamente este sistema es poco productivo al obtenerse un solo bloque en cada prensado.

Ilustración 6. Prensa de ladrillos tierra-cemento modelo V3

1.3 EstructuraTeniendo en cuenta la forma de los sistemas de prensado mostrados anteriormente, notamos que todos tienen las dimensiones adaptadas a la altura de un operario promedio.

Al aumentar la producción de ladrillos, las dimensiones y los materiales de la maquina deben ser sustituidos por unos que se adapten a las nuevas condiciones de operación de la prensa: El hecho de aumentar el número de compartimentos para prensar material o aumentar el tamaño de la caja de moldeo y adaptar la maquina a la altura promedio del operario lo convierte en un criterio a tener en cuenta para empezar a estructurar la propuesta más viable.

La idea es tener un nuevo diseño con una estructura simple y un peso que rodee los 80 kg para facilitar el transporte de la maquina en los distintos sitios de la construcción. Una estructura simple genera unos procesos de fabricación igualmente sencillos: La mayor parte de la prensa, especialmente en los dos últimos sistemas de prensado mostrados, son fabricados en chapa metálica con soldadura simple, lo que hace controlable el peso y costo de la prensa. La mayor robustez debe estar concentrada en la parte del prensado: La palanca y la caja de moldeo deben fabricarse en materiales de alta calidad y resistencia.

2. BENCHMARKING

Con la ayuda del proceso de Benchmarking, se toman las prensas de ladrillos del mercado, que aunque no sean muy conocidas en nuestro medio, se convierten en una base para el rediseño de la sencilla CINVA-RAM. Con este método se pretende transferir las mejores ideas de lo ya existente al nuevo diseño, generando continuamente una evaluación comparativa entre los subconjuntos de la prensa actual con los diseños mejorados.

Básicamente, cada uno de los bocetos a continuación mostrados tuvo un origen en un sistema de prensado existente, donde se trasladaron las mejores características a las ideas graficas presentadas, las cuales serán evaluadas a través una matriz QFD.

2.1 Alternativa 1Basada en:

Ilustración 7. Extrusora de ladrillo tradicional modelo 3000

Se genera:

Ilustración 8. Boceto alternativa 1

2.2 Alternativa 2Basada en la prensa modelo V3 de Vimaq prensas, mostrada en la figura 5 se generan:


2.3 Alternativa 3


3. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS POR MATRIZ QFD

El Despliegue de la función calidad, también llamado La Casa de la Calidad, Análisis de necesidades y expectativas o QFD (Quality Function Deployment) es la metodología escogida para seleccionar la alternativa de diseño que se adapte a los gustos y necesidades del usuario.

Con esta metodología se transforman los deseos del usuario en términos mensurables propios de la ingeniería: Con esto se podrá calcular de forma matemática qué características se deben añadir al diseñar o rediseñar un producto. También se sabrá cuáles son las características no tan necesarias que aportan un sobrecoste al producto sin ser apreciadas por el usuario, además de dar una visión de cómo está nuestro producto frente a la competencia para poder decidir cuáles son los aspectos prioritarios a mejorar.

Evaluación de alternativas por matriz QFD

Tabla 1. Matriz QFD

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(m)

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Que el material se deposite facilmente en la caja de moldeo 5 1 0 0 0 0 0 0 6 5 9 9 0 0 3 1 5 5 4 4 48 15,3846154 5Que la prensa tenga mayor altura 1 3 10 3 0 0 0 5 5 2 0 0 0 0 3 1 5 5 4 4 48 15,3846154 4Que se puedan prensar un mayor numero de bloques por unidad de tiempo 10 0 1 5 0 1 5 8 3 0 5 5 0 0 5 1 3 5 5 5 125 40,0641026 1Que sea estable en su uso continuo 7 5 0 10 0 5 8 4 2 4 0 0 0 0 4 5 5 5 4 0,8 13 4,1025641 9Que sea facil de transportar 0 10 6 2 0 6 0 0 0 0 1 0 0 0 3 5 5 4 4 0,8 9,6 3,07692308 10Que sea facil de reparar 0 1 1 3 0 8 0 0 0 4 0 0 0 0 3 5 4 2 3 0,6 5,4 1,73076923 12Que aplique la presion adecuada sobre los ladrillos 9 0 0 4 0 0 10 9 0 5 0 0 0 0 5 3 5 5 5 1,6666667 42 13,3547009 2Que sea resistente a agentes externos como el polvo, la humedad y la luz solar 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 4 4 3 4 5 4 1,3333333 21 6,83760684 6Que sea comoda al usar 8 2 5 5 0 9 8 5 10 9 0 0 0 0 4 2 4 5 4 2 32 10,2564103 3Que este conformada por piezas simples 0 5 0 5 1 2 4 0 0 0 0 0 0 0 2 4 4 4 3 0,75 4,5 1,44230769 13Que sea posible producir ladrillos de diferentes formas 5 0 0 1 0 0 4 1 0 0 0 0 9 0 4 2 2 2 3 1,5 18 5,76923077 7Que su precio no sobrepase los $5.000.000 3 3 1 1 8 2 2 0 0 0 1 1 0 9 4 5 4 1 3 0,6 7,2 2,30769231 11Que sea completamente manual 5 0 0 2 0 0 8 5 5 6 0 0 0 0 5 5 5 1 4 0,8 16 5,12820513 8

x 390Orientacion deseada ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓Ponderación abs 785,321 149,2 267,69 429,09 88,28 192,69 523,226 616,73 425,83 320,88 344,17 341,09 51,92 48,12 4584Ponderación rel 17,1318 3,2548 5,8397 9,3606 1,9258 4,2036 11,4142 13,454 9,2896 6,9999 7,508 7,4409 1,133 1,05Orden de importancia 1 10 9 4 11 9 3 2 5 8 6 7 12 13

La lista de los QUÉ debe incluir los aspectos que los usuarios van a esperar del producto. Lo primero que se hace es clasificar los QUÉ según su importancia, para ello se tiene en cuenta los requerimientos de los usuarios. Cada aspecto se valora entre 1 y 5 (1=no es importante, 5=muy importante). (Columna en letras rojas).

La siguientes columnas a rellenar son las de cuál es la situación actual del producto a rediseñar respecto a cada QUÉ y de las otras prensas fuertemente usadas en el mercado: La V3 de Vimaq prensas representando a las prensas manuales y la Eco brava al modelo más sencillo de prensa hidráulica, rellenándolas con valores entre 1 y 5 para cada uno de los QUÉ, siendo 1=muy mala situación y 5=muy buena. Por ejemplo, la CINVA-RAM no tiene sistema de alimentación adecuado, recibiendo un 1 en esa casilla, pero es bastante económica, recibiendo un 5.

Una vez hecho esto y teniendo en cuanta la importancia de cada QUÉ, se fijó un objetivo que alcanzar entre 1 y 5, el cual se ubicó en la siguiente columna.

El ratio o relación de mejora se obtiene al dividir la situación actual de cada QUÉ con su objetivo (relación de mejora = Objetivo / producto a rediseñar).

Se calcula la ponderación absoluta en la siguiente columna como la multiplicación entre la importancia y el ratio de mejora. También se puede sacar la ponderación relativa en porcentaje como la ponderación absoluta de cada QUÉ dividido entre la suma de todas las ponderaciones absolutas.

Una vez hecho esto ya se tiene cuáles son los aspectos más importantes a mejorar. Mirando las ponderaciones se puede clasificar los QUÉ en función de su prioridad e implantar fuertemente en el nuevo diseño los que más ponderación tengan: Los resultados arrojados por esta metodología indican que la nueva prensa debe en primer lugar prensar un mayor número de ladrillos por minuto, sin desmejorar la calidad de los mismos o que las modificaciones que se le hagan a la máquina, especialmente en el área de aplicación de la fuerza generen incomodidad al operario o inestabilidad de la prensa en el área de trabajo.

Como aspectos secundarios quedan el precio de la prensa, la simplicidad en sus piezas, la facilidad para ensamblarla-desensamblarla o repararla.

Una vez estudiado lo que debe tener la prensa rediseñada, hay que definir los requisitos técnicos necesarios para que se cumplan, para ellos en la lista de los CÓMO se enumera qué características debe tener el producto.

Esta matriz está en centro del QFD y sirve para relacionar los QUÉ demandados por el usuario con los CÓMO. De esta forma se traducen los aspectos abstractos de la lista de los QUÉ en características medibles de la lista de los CÓMO: Para hacer esto se clasifica entre 1 y 9 la relación entre cada QUÉ y cada CÓMO. Por ejemplo, “que sea fácil de transportar” y “peso (kg)” tienen una relación de 10 porque están muy ligados, pero tiene una relación de 0 con “materiales resistentes a la corrosión” porque no tienen relación.

La orientación deseada de cada CÓMO (más=mejor o más=peor). Por ejemplo, en una prensa de ladrillos, más ventaja mecánica en el dispositivo de pensado es mejor, pero más peso es peor porque dificulta su transporte.

Lo siguiente es la ponderación absoluta y relativa de cada CÓMO. A partir de aquí se saca el orden de importancia de cada uno de los aspectos técnicos: En primer lugar se encuentra la productividad, con una tasa fijada de 4 ladrillos por minuto. El nuevo diseño debe tener alta ventaja mecánica en el momento del prensado (>1) para garantizar presiones de trabajo entre 20 y 40 kgf/cm2. Al final quedan aspectos como el peso, el costo, que tenga o no matrices intercambiables y hasta que posea o no tolva de alimentación y bandeja de dosificación.

4. APLICACIÓN DE QFD A CADA UNA DE LAS ALTERNATIVAS

Teniendo en cuenta los 7 primeros CÓMO como requisitos técnicos para evaluar como viable o no las alternativas mostradas anteriormente, se procede a aplicar una versión simplificada de la matriz QFD al subconjunto de “prensado y conformado” de cada una de ellas, por ser en este donde se encuentran aplicados los aspectos más críticos e importantes arrojados por la evaluación comparativa anterior: Productividad, eficiencia mecánica de la prensa, aplicación de prensado de calidad (presión de trabajo), estabilidad funcional, ergonomía y sistema de alimentación y dosificación (Cuenta o no con tolva de alimentación o bandeja de dosificación).

Los demás aspectos: Costo, peso, uso de materiales anticorrosivos, número de partes serán mencionados como un comentario global, describiendo las características que presenta la alternativa evaluada frente a estos aspectos, sin desconocer el impacto ambiental y social de cada una de ellas

Una vez seleccionada la alternativa, esta se estructurara bajo criterios funcionales, operativos y económicos, culminando con la representación de la misma bajo un plano normalizado.

Tabla 2. Matriz QFD: Sistemas de prensado y conformado

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Prensado con sistema de piñon corredera 3 9 10 0 1 9 5 37 23,27Prensado con palanca (Distribucion longitudinal) 10 8 9 9 8 10 10 64 40,25Prensado con palanca (Distribucion 2x2) 10 9 5 6 8 10 10 58 36,48Orientacion deseada ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 159Ponderación abs 785,321 429,09 523,226 616,73 425,83 344,17 341,09Ponderación rel 17,1318 9,3606 11,4142 13,454 9,2896 7,508 7,4409Orden de importancia 1 4 3 2 5 6 7

4.1 Alternativa 1: prensado con sistema de piñón-correderaCon la ilustración anterior notamos que el sistema de prensado de esta alternativa es el menos recomendable: A pesar de aplicar una presión de trabajo excelente y ser bastante estable, no logra la meta de producción de 4 bloques por minuto, que es el criterio de mayor valor en esta metodología de evaluación. Su aspecto ergonómico es algo pobre ya que su diseño está destinado a funcionar con un motor y no para que el operario gire la manivela constantemente. Cuenta con una tolva de alimentación, pero su sistema de dosificación no es el mejor. No se puede hablar de eficiencia mecánica en este modelo pues este concepto es aplicable solo al prensado con palanca.

El sistema de piñón corredera tiene un costo elevado por los materiales y los procesos usados para manufacturarlo. Su mantenimiento debe ser continuo, generando gastos extras. El hecho de introducir un mecanismo de corte aporta peso, espacio y costo al diseño.

En definitiva, las fundaciones usuarias de las prensas de ladrillos tierra-cemento prefieren continuar con el uso de prensas del tipo tradicional: Con un sistema de prensado con palanca. Estas prensas son fáciles de utilizar por los operarios, son de bajo costo, no generan fatiga y son fáciles de transportar y mantener. Este sistema solo es útil en condiciones de producción diferentes, por ejemplo, producción de ladrillo tradicional.

4.2 Alternativa 2: Prensado con palanca-Distribución longitudinalEste sistema fue el más apto según los criterios de la matriz QFD. Este diseño cumple con la tasa de producción de cuatro bloques por minuto al tener un mayor número de compartimientos en la caja de moldeo. Para garantizar la presión que según la norma se debe aplicar sobre los ladrillos, utiliza el principio de la palanca.

En este sistema de prensado se conserva el dispositivo de traba para cada caja de conformado, garantizando la distribución total de la fuerza aplicada. Para cumplir con una ventaja mecánica mayor a uno, se deberá prestar cuidadosa atención a los elementos del conjunto de la caja de moldeo, la tapa y la palanca, fabricando estos con materiales altamente resistentes para evitar posibles pandeos o malos prensados.

Para cada caja de moldeo se facilita la producción de bloque macizo y bloque grueso con un simple desmontaje de los cilindros mostrados, siendo estos los tipos de ladrillos usados masivamente en las construcciones.

Es una maquina cuya estructura permite su fabricación a partir de chapa metálica. No exige manufactura en materiales netamente anticorrosivos: Se pueden recubrir las piezas necesarias con pinturas anticorrosivas para disminuir costos de producción. El peso de esta alternativa es mucho menor que la anterior y su geometría se adapta a la medida del operario, haciéndola más ergonómica.

Con lo mencionado, el precio de esta alternativa estaría en los rangos deseados por las fundaciones. No sería necesario un previo entrenamiento de los operarios para el uso de la misma. Su simplicidad facilitaría su uso, reparación y transporte. Sigue siendo una prensa completamente manual.

4.3 Alternativa 3: Prensado con palanca-Distribución 2x2Esta alternativa presenta muchas similitudes a la anterior, pero su puntaje no fue el mejor debido a: El hecho de presentar una sola traba para cuatro cajas de moldeo generaría un prensado deficiente. Los cilindros de prensado estarían fijos a la estructura, produciendo así un solo tipo de ladrillo. La ventaja mecánica en el sistema de prensado de esta alternativa sería menor que el de la anterior pues por el hecho de tener un solo punto de aplicación de la fuerza, esta no se aplicaría en toda la superficie de prensado. Cabe resaltar que su distribución 2x2 le otorga mayor estabilidad funcional, pero este criterio tiene menos relevancia que el de presión de calidad o el de ventaja mecánica.

5. ALTERNATIVA SELECCIONADA: PROPUESTA ESTRUCTURADA SEGÚN CRITERIOS FUNCIONALES, OPERATIVOS Y ECONÓMICOS.

5.1 Criterio funcionalAnálisis estático del proceso de prensado y estudio de la ventaja mecánica del sistema de palanca.

Ilustración 11. Esquema simplificado de la prensa

F1

α

F2

F1

RX

RY

A

B

C

Ilustración 12. Ventaja mecánica en función del ángulo de trabajo

∑M A=0

F2¿

Despejando F2

F2=260 F1cos (117−α )

19cosα

El valor de F2 para cada posición de la prensa sustituyendo el respectivo valor de α.

La ventaja mecánica es función del ángulo de trabajo α.

F2F1

=260cos(117−α )

19cos α

Se presenta el análisis estático para la prensa seleccionada con el objetivo de determinar la ventaja mecánica que proporciona dicha máquina. Las dimensiones y los ángulos son a escala. La medida base es el cm (está a una escala 1:10) y los ángulos en grados. En este análisis el peso de los elementos y la velocidad de operación son despreciables. No se toma en cuenta la deformación, la maquina se considera rígida.

La fuerza F1 es la entrada (aplicada por el operario) y F2 es la fuerza que siente la caja de moldeo por parte del brazo.

En este análisis se considera que la componente horizontal de F2 es despreciable, por el hecho de que el brazo que conecta la mordaza con el eslabón triangular en el punto B forma un ángulo casi de cero grados (es casi vertical). Se asume así que F2 es siempre perpendicular a la horizontal.

Observamos que la función de la ventaja mecánica nos da el valor mínimo cuando la mordaza triangular está a unos 60º y cuando este ángulo pasa a ser de 90º el sistema alcanza la mayor eficiencia.

5.2 Criterio operativoLa fabricación de la estructura de la prensa seleccionada se puede trabajar con chapa metálica de acero estructural por su relativo bajo precio frente a otros tipos de acero y su peso por unidad de área: La chapa metálica más apta sería una de un calibre 3/8” con un espesor de 9,53 mm y un peso de 77,8 kg/m2. Las uniones para conformar partes como la tolva de alimentación se harían con soldadura apta para el tipo de acero mencionado. La caja de moldeo se haría con una lámina de mayor calibre. El material de las partes que conectan la palanca en la caja de moldeo debe fabricarse con un acero de mínimo 50 Rockwell C para garantizar que no se partirá este elemento a la hora de aplicar la presión.

El conjunto de elementos de chapa serian tratados con pintura epoxi horneada para proporcionar una prolongada durabilidad y evitar la corrosión por contacto con la humedad de la mezcla.

Las matrices adaptables a la caja de moldeo deben fabricarse con cuidado de mantener una geometría estricta, así como la caja de moldeo, pues estas darán las medidas constantes a los ladrillos prensados. Estas matrices podrán ser construidas en aluminio-antimonio duro, de alto impacto. Los accesorios de unión serán simplemente pernos de sujeción muy económicos y fáciles de adquirir en cualquier ferretería.

5.3 Criterio económicoResumiendo, esta es una alternativa completamente manual, de simple geometría y hecha con procesos de fabricación relativamente económicos. El precio final de esta prensa no superara los $ 5.000.000 siguiendo ciertos parámetros de diseño y manufactura mencionados, haciéndola asequible para todas las fundaciones que promueven la construcción de vivienda social en el país con este tipo de ladrillos.

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(QFD)”, Universidad Pontificia ICAI-ICADE COMILLAS. Madrid. Abril, 2009. {En línea}. [Citado 22 de agosto 2013]. Disponible en la World Wide Web: http://web.cortland.edu/matresearch/QFD.pdf

Bernal, Jorge Jimeno. “Despliegue de la función calidad (QFD): Guía de uso. Para qué sirve el QFD y cómo realizarlo”. Grupo PDCA Home. Octubre, 2012.[Citado 22 de agosto 2013].Disponible en la World Wide Web: http://www.pdcahome.com/1932/qfd-despliegue-calidad/

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CABALLERO ANAYA, Zeudiel. MARTINEZ BARAJAS, Gabriel. Ingenieros civiles. Bucaramanga. 2009. Trabajo de grado (Influencia de las propiedades físicas del material para la elaboración de bloques de tierra comprimidos BTC). Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingenierías Fisicomecánicas. Escuela de Ingeniería Civil.

NORMA TECNICA COLOMBIANA. Referencias documentales para fuentes de información electrónicas. NTC 4490. Bogotá D.C. 1998. 23p.

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