diseÑo de un sistema mecatronico para el lavado de
TRANSCRIPT
DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRONICO PARA EL LAVADO DE AUTOMÓVILES QUE MINIMICE EL CONSUMO DE INSUMOS
GIANCARLO BRAVO VALENCIA 2117656
CRISTIAN LEANDRO HURTADO OCAMPO 2106426
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA
SANTIAGO DE CALI 2019
DISEÑO DE UN SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL LAVADO DE AUTOMÓVILES QUE MINIMICE EL CONSUMO DE INSUMOS
GIANCARLO BRAVO VALENCIA 2117656
CRISTIAN LEANDRO HURTADO OCAMPO 2106426
PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO
Director BERNARDO ROGER SABOGAL ABRIL
Magister en Ingeniería Ingeniero Electricista
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA
SANTIAGO DE CALI 2019
3
Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico. Francisco Javier Gonzales
Jurado
Guillermo Andrés Ramos
Jurado
Santiago de Cali, 7 de junio del 2019
4
CONTENIDO pág.
RESUMEN 14
INTRODUCCIÓN 15
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 16
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 16
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 17
2. OBJETIVOS 18
2.1. OBJETIVO GENERAL 18
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 18
3. JUSTIFICACIÓN 19
4. MARCO DE REFERENCIA 20
4.1. ANTECEDENTES 20
4.1.1. Hana Global 50 de Jet Wash 20
4.1.2. Water Wizard Arch 20
4.1.3. Puentes de lavado K’A’RCHER línea de producción CB 21
4.1.4. Optima Steamer 21
4.2. MARCO TEÓRICO 22
4.2.1. Lavado manual 22
4.2.2. Túnel de lavado 22
4.2.3. El puente de lavado 23
4.2.4. Agua Subterránea 24
5
4.2.5. Bomba hidráulica 24
4.2.6. Electroválvula 25
4.2.7. Calderas o generadores de vapor 26
4.2.8. Compresor 27
4.2.9. Manómetro 28
4.2.10. Controladores lógicos programables (PLC) 28
4.2.11. Mecanismos 29
4.2.12. Diseño concurrente 29
4.2.13. Evaluación financiera de proyectos 30
5. METODOLOGÍA 32
5.1. PLANEACIÓN DEL PRODUCTO 32
5.2. GENERACIÓN DE CONCEPTOS 32
5.3. DISEÑO A NIVEL SISTEMA 33
5.4. DISEÑO DE DETALLE 33
5.5. PROTOTIPO 33
5.6. EVALUACIÓN FINANCIERA 33
6. DESARROLLO DEL PROYECTO 34
6.1. ESTUDIO DE MERCADO 34
6.1.1. Herramientas para la información 34
6.1.2. Investigación de datos estadísticos 34
6.1.3. Investigación cuantitativa 36
6.1.4. Resultados de las encuestas. 38
6.1.5. Análisis de encuesta. 40
6
6.2. PLANEACIÓN DEL PRODUCTO 41
6.2.1. Descripción del producto 41
6.2.2. Propuesta de valor 41
6.2.3. Objetivos claves de negocio 41
6.2.4. Mercado primario y secundario 42
6.2.5. Suposiciones y restricciones 42
6.2.6. Involucrados 42
6.2.7. Participantes 43
6.3. IDENTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES 45
6.4. ESPECIFICACIONES OBJETIVO DEL PRODUCTO 46
6.4.1. Elaboración de la casa de calidad (QFD) 48
6.5. GENERACIÓN DEL CONCEPTO 52
6.5.1. Aclarar el problema 53
6.5.2. Búsqueda externa e interna 54
6.5.3. Diseño de conceptos 63
6.5.4. Pruebas 65
6.6. SELECCIÓN DEL CONCEPTO 67
6.6.1. Filtrado de conceptos. 68
6.6.2. Evaluación de conceptos 69
6.7. DISEÑO DEL CONCEPTO FINAL: SELECCIÓN DE SOPORTE ESTRUCTURAL, MECANISMOS Y EQUIPOS. 70
6.7.1. Selección del estado del vapor 72
6.7.2. Selección de la caldera de vapor 73
6.7.3. Calculo y selección de tuberías 76
6.7.4. Soporte estructural del concepto a desarrollar. 82
7
6.7.5. Selección de componentes para los subsistemas encargados de la limpieza del automóvil 84
6.7.6. Selección de mecanismos del concepto a desarrollar. 88
6.7.7. Selección de equipos de control e instrumentación. 94
6.7.8. Diseño del sistema de control. 101
6.8. ANÁLISIS DE FLUJO DE FONDOS PARA DETERMINAR RENTABILIDAD DEL PROYECTO 108
6.8.1. Costo de diseño 109
6.8.2. Costo de montaje 109
6.8.3. Costo de manual de proceso 110
6.8.4. Costo de producción 111
6.8.5. Ingresos 112
6.8.6. Tasa de interés de oportunidad (TIO) 113
6.8.7. Datos y fuente de financiación del proyecto 113
6.8.8. Valor presente neto (VPN) 116
6.8.9. Periodo de recuperación de la inversión (PRI). 117
7. CONCLUSIONES 118
BIBLIOGRAFÍA 120
ANEXOS 124
8
LISTA DE FIGURAS pág.
Figura 1. Lavado manual mediante máquina de agua a presión 22
Figura 2. Estructura y etapas de un túnel de lavado. 23
Figura 3. Estructura puente de lavado 23
Figura 4. Clasificación de las bombas hidráulicas 24
Figura 5. Electroválvula de accionamiento directo NC 26
Figura 6. Caldera pirotubular 27
Figura 7. Estructura de un PLC 28
Figura 8. Proceso de desarrollo del producto 32
Figura 9. Consumo de agua en lavaderos de automóviles. 35
Figura 10. Resultados de la pregunta No. 1 de la encuesta 38
Figura 11. Resultados de la Pregunta No. 2 de la encuesta 38
Figura 12. Resultados de la Pregunta No. 4 de la encuesta 39
Figura 13. Resultados de la Pregunta No. 5 de la encuesta 39
Figura 14. Resultados de la Pregunta No. 5 de la encuesta 40
Figura 15. Método de generación de conceptos de cinco pasos 52
Figura 16. Diagrama caja negra 53
Figura 17. Diagrama sub-funciones de la caja negra 54
Figura 18. Concepto A 64
Figura 19 Concepto B 64
Figura 20. Concepto C 65
Figura 21. Concepto D 65
Figura 22. Inicio de prueba de limpieza con steamer DMF. 66
9
Figura 23. Final de prueba de limpieza con steamer DMF. 67
Figura 24. Croquis del concepto a desarrollar 70
Figura 25. Estructura del generador de vapor Modelo Hk. 75
Figura 26. Características técnicas del generador de vapor Modelo Hk. 75
Figura 27. Presión Vs Volumen especifico 76
Figura 28. Vista superior conexión de mangueras en sistema móvil. 79
Figura 29. Reductor concéntrico 80
Figura 30. Estructura del sistema 82
Figura 31. Cadena porta cables MP72 84
Figura 32. Especificaciones Inyectores de vapor 85
Figura 33. Subsistema vertical de inyección de vapor 86
Figura 34. Subsistema horizontal de inyección de vapor 86
Figura 35. Subsistema de rodillos 87
Figura 36. Indicación de desplazamiento de los subsistemas 88
Figura 37. Parte de un tornillo de potencia y diagrama de fuerzas 89
Figura 38. Riel guía en V con rueda acanalada 93
Figura 39. Simulación de Rueda 94
Figura 40. PLC Omron CP1L 95
Figura 41. Motor SIEMENS modelo A7B10000048459. 96
Figura 42 Variador OMROM MX2. 99
Figura 43. Sensor de proximidad y sensor de final de carrera 100
Figura 44. Ubicación de componentes del sistema de control. 101
Figura 45. Conexión de variadores de frecuencia y guarda motores 103
10
Figura 46. Conexiones en la fuente de alimentación. 104
Figura 47. Conexiones de las salidas del PLC 104
Figura 48. Conexiones de las entradas al PLC 105
Figura 49. Grafcet 106
Figura 50. Curva de ventas a lo largo del proyecto 113
Figura 51. Tasas crédito libre inversión 114
11
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Tarifas de servicios de acueducto y alcantarillado en Cali 35
Tabla 2. Nivel de confianza 36
Tabla 3. Preguntas de la encuesta 37
Tabla 4. Resumen de la planeación del producto. 44
Tabla 5. Necesidades obtenidas para el producto. 46
Tabla 6. Lista de especificaciones mesurables. 47
Tabla 7. Relación entre necesidades del cliente y las necesidades métricas 48
Tabla 8. Parte central e inferior de la QFD. Asignación numérica a la relación entre las necesidades y las métricas, e identificación de las necesidades métricas de mayor prioridad. 49
Tabla 9. Parte superior de QFD. Comparación entre métricas 50
Tabla 10. Simbología de preferencia y correlación 50
Tabla 11. Análisis competitivo con respecto a las necesidades identificadas. 51
Tabla 12. Matriz de filtrado de conceptos. 68
Tabla 13. Matriz de evaluación de conceptos 69
Tabla 14. Líquido y vapor de agua saturado: tabla de presiones 72
Tabla 15. Catalogo técnico de mangueras metálicas flexibles 81
Tabla 16. Especificaciones tubo estructural 83
Tabla 17. Masa de los diferentes subsistemas. 87
Tabla 18. Masa total del sistema dinámico 93
Tabla 19. Asignación de entradas para el sistema de control 102
Tabla 20. Asignación de salidas para el sistema de control 103
12
Tabla 21. Costos de Diseño 109
Tabla 22. Costos de montaje 110
Tabla 23. Costos de manual de proceso 111
Tabla 24. Datos de producción 112
Tabla 25. Costos de producción 112
Tabla 26. Valores de VPN 116
Tabla 27. Periodo de recuperación de la inversión (PRI) 117
13
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo A. Especificaciones optima steamer 124
Anexo B. Factores de la presión para el dimensionado de tuberias 125
Anexo C. Dimensiones generales del generador de vapor modelo hk 126
Anexo D. Manual de introducción del PLC CP1L 127
Anexo E. Hoja de caracteristicas del variador de frecuencia MX2 129
Anexo F. Hoja de caracteristicas del inyector de vapor. 131
14
RESUMEN
Este proyecto presenta el diseño de un sistema mecatrónico para el lavado de automóvil con el fin de disminuir el uso de sustancias contaminantes que van por el desagüe y el consumo de las materias primas de dicha labor como lo es el agua y la energía. Para ello se realiza un proceso de investigación y diseño concurrente para establecer los parámetros necesarios en su elaboración.
El proceso inicia con la recolección de datos a través de una investigación de campo y búsquedas electrónicas que permitan generar conceptos como punto de partida para el desarrollo del diseño buscando cumplir las especificaciones planteadas, luego se correlacionan los diferentes conceptos para obtener el que mejor se adecue a las necesidades expresadas por el usuario.
Una vez seleccionado el diseño se realiza un análisis para la selección de los componentes que harán parte del sistema mecatrónico de lavado, buscando que garanticen su funcionalidad y que cumpla con los criterios de diseño especificados como reducir el consumo de insumos y disminuir contaminantes.
Finalmente se realiza un flujo de fondos para verificar si el diseño desarrollado bajo las especificaciones del proyecto será rentable o no.
PALABRAS CLAVE: Diseño concurrente, Flujos de fondos, Rentabilidad, consumo eficiente.
15
INTRODUCCIÓN
Un lavadero automático es un centro de mantenimiento de automóviles que brinda un tipo de servicio que facilita la labor de limpiar el exterior, y en algunos casos, el interior de los automóviles. En Colombia este sector de servicio ha aumentado debido al incremento en un 150% de automóviles particulares tan solo en la última década, esto según datos de Fenalco.
En el país hay una variedad de establecimientos de este tipo que han evolucionado con el paso del tiempo, inicialmente el lavado del automóvil se efectuaba a mano o con manguera, no obstante, el uso indiscriminado del agua para lavar un automóvil ha influenciado en la evolución de la actividad, llevando a la implementación del agua impulsada a determinadas presiones para lograr arrancar el polvo y la suciedad adherida al automóvil en menor tiempo y con un menor consumo de agua.
Además del excesivo uso de agua que produce un riesgo ambiental al prestar los servicios de lavado también se genera una cantidad de residuos líquidos y sólidos en los que en muchas ocasiones no son debidamente tratados. Estos residuos que crecen proporcionalmente al alto consumo de agua afecta los suelos, el recurso hídrico e incumple la norma de acuerdo al DECRETO LEY 1594 de 1984.1
En este documento se evidenciará un proceso genérico para el diseño estructurado y concurrente de un producto, mediante el cumplimiento de una secuencia de pasos como el desarrollo del concepto, el diseño en el nivel de sistema, diseño de detalle, las pruebas y refinamiento.
No solo con el interés de la aplicación de tecnologías para mejorar la productividad en un centro de lavado de automóviles, sino que también con mira a los problemas de impacto ambiental, se diseñará un sistema de lavado mecatrónico que minimice el consumo de agua, energía y componentes químicos utilizados para la limpieza, garantizando la seguridad del automóvil y los usuarios que se encuentren vinculados en él proceso.
1 COLOMBIA. INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Decreto 1594 (26, junio, 1984). Para el uso de agua y residuos líquidos. [en línea]. Santa Fe de Bogotá, D.C.: El Ministerio, 1984. 52 p. [Consultado: 19 de febrero del 2018]. Disponible en <https://goo.gl/bCBNkw >
16
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El agua es el principal recurso utilizado en el lavado de automóviles, pero de la misma manera es el recurso vital en cualquier población. Al utilizar este recurso de una manera tan extensiva en esta actividad se debe pensar en una forma de utilizarla de manera más eficiente, logrando con ello no solo reducir el impacto ambiental y las consecuencias legales que trae consigo el desperdicio y la contaminación del agua, sino que también reducir los costos del servicio prestado en estos negocios de lavado.
Actualmente en Colombia la mayoría de centros de lavado de automóviles utilizan el lavado tradicional a manguera con un consumo promedio de 230 litros de agua para el lavado exterior de un automóvil, aquellos centros de lavado que son más grandes utilizan las pistolas de agua a presión que consumen aproximadamente 70 litros de agua para la misma labor. 2
Existe la necesidad de diseñar un sistema Mecatrónico para el lavado de automóviles que aumente la velocidad del servicio prestado y disminuya el consumo de los insumos utilizados para esta actividad, generando una mayor ganancia por cada servicio prestado y llevando al sistema a competir en el mercado nacional por su efectividad.
Es necesario mencionar que para esta actividad los sistemas automáticos existentes generan un consumo de agua elevado y los sistemas semiautomáticos requiere de una gran cantidad de tiempo en el desarrollo de la actividad, pero utilizan menos insumos; es aquí donde surge la necesidad de diseñar un sistema que complemente los puntos fuertes de los sistemas automáticos y semiautomáticos.
Finalmente, el continuo incremento de automóviles en el país, conlleva a implementar nuevas tecnologías que permitan minimizar el consumo de agua y
2 CANTILLO LASTRE, Luis. Lavadero de carros, sin controles para el consumo de agua. [En línea]. En: El Heraldo. Barranquilla. Enero 25 del 2016. [Consultado el 19 de febrero del 2018]. Disponible en: https://goo.gl/a3TRfA
17
energía, y buscando que el sistema sea seguro, confiable y que minimice los residuos químicos tras el lavado de los automóviles.
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Del planteamiento del problema surge la siguiente pregunta ¿Cómo se puede diseñar un sistema que permita el lavado de automóviles minimizando el consumo de insumos y que sea automatizado?
18
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema Mecatrónico de lavado de automóviles que minimice el consumo de agua y energía involucradas en el proceso. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Diseñar la estructura mecánica a partir de materiales y procesos que reduzcan la contaminación ambiental y que garantice la seguridad del automóvil y los usuarios vinculados en él proceso. - Diseñar un sistema de control que minimice las pérdidas de agua y el consumo de energía al realizar el lavado de automóviles garantizando la integridad de todos los factores involucrados en el proceso - Realizar un estudio de costos del sistema y determinar su factibilidad.
19
3. JUSTIFICACIÓN
Los centros o estaciones de lavado de automóviles tienen un gran consumo de agua y de algunos otros insumos para poder prestar su servicio, el agua proviene de la red del acueducto o captada del agua subterránea mediante pozos o aljibes de 20 a 30 metros de profundidad donde no es apta para el consumo humano sin un previo tratamiento, sin importar de donde venga el agua usan una gran cantidad para su labor y ocasionalmente el agua residual ha sido contaminada por químicos en el proceso de lavado.
El incremento de automóviles, la contaminación y condiciones climáticas indican la responsabilidad a futuro que deben tener las empresas privadas dedicadas al lavado de automóviles. Pese a esto, hoy en día las prácticas realizadas por estas empresas se caracterizan por alto consumo y desperdicio de agua, altos desechos líquidos, falta de capacitación del personal encargado del lavado e irregularidades en el cumplimiento de las normas del tratado y uso eficiente del agua. En palabras de Beatriz Orozco (directora del DAGMA), “implementar los PUEAA (programas de uso eficiente y ahorro del agua) es un requisito para todas las personas que utilizan aguas subterráneas en el perímetro urbano para preservar y conservar el recurso hídrico” 3.
En este contexto lo que se busca es diseñar un sistema que minimice la cantidad de insumos requeridos para poder realizar el lavado de automóviles, buscando un mayor rendimiento, un incremento en la productividad y mayor ahorro que posteriormente pasarían a ser ganancias.
El sistema a desarrollar debe brindar prestaciones que en la actualidad no ofrecen otros lavados en Colombia. La seguridad y confiabilidad deben ser aspectos importantes para el diseño del sistema, además, es necesario no solo mirar el sistema en pro de mejoras de productividad sino también en factores primordiales en el mercado actual como la calidad, el medio ambiente y la opinión del cliente y usuarios.
3 DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO DE GESTIÓN DEL MEDIO AMBIENTE (DAGMA). Usuarios de aguas subterráneas deben presentar programas de uso eficiente y ahorro de agua [en línea]. Cali: DAGMA, 2013. [Consultado 24 de marzo de 2018]. Disponible en Internet: http://www.cali.gov.co/dagma/publicaciones/52317/usuarios_de_aguas_subterrneas_deben_presentar_programas_de_uso_eficiente_y_ahorro_de_agua/.
20
4. MARCO DE REFERENCIA
4.1. ANTECEDENTES
En Colombia con el crecimiento de la producción y las facilidades de adquisición para un automóvil, además, sumando el deficiente servicio de transporte publico prestado en diferentes regiones se presenta un aumento en el transporte particular que con lleva a asumir nuevas responsabilidades como su mantenimiento y limpieza, en el caso de la limpieza este mercado crece debido a que los propietarios buscan evitar la labor para ahorrar tiempo o por comodidad. A continuación, se presentará diferentes ejemplos de tipos de tecnologías utilizados para el lavado de autos a nivel global.
4.1.1. Hana Global 50 de Jet Wash
Hana Global 50 es un sistema de lavado automático tipo túnel que tiene un rendimiento para 60 carros/hora, este sistema cuenta con transportadora, marco de cepillos de lavado laterales, limpieza de contorno y cepillos que garantizan la limpieza de los inferiores del automóvil, cuenta con una fácil operación y económico mantenimiento. 4
4.1.2. Water Wizard Arch
Es un sistema de alta presión implementando para disminuir el impacto ambiental mediante el uso de agua reciclada que ahorra un aproximado de un 40% del consumo de agua fresca y mediante el movimiento hidráulico llega a lugares con dificultad de acceso, además, el sistema tiene una cobertura que se encarga de remover toda la suciedad en la carrocería. 5
4 EQUIPOS DE lavado profesional tipo túnel [Anónimo]. [En línea]. .kingcarwash. [Consultado en 27 de marzo de 2018]. Disponible en Internet: http://www.kingcarwash.org/autolavadotunel.html
5 ARCOS DE alta presión y componentes. [Anónimo]. [En línea]. colemanhanna [Consultado en 27 de marzo de 2018]. Disponible en Internet: https://colemanhanna.com/equipment/conveyor-equipment/components/high-pressure-arches-pump-stations/#tab-3b13adf3c872e6ee975
21
4.1.3. Puentes de lavado K’A’RCHER línea de producción CB
K’A’RCHER es una empresa que dio los cimientos para ser líder mundial especialista de la limpieza, la empresa tiene en su catálogo diversidad de productos enfocados en la limpieza en cualquier aspecto; En la parte de lavado de carros cuenta con un puente de lavado automático basado en alta presión que cuenta con diversidad de cepillos para remover la suciedad, además con sistemas avanzados que controlan el goteo una vez estén apagadas las bombas y un sistema que analiza fallos en tiempo real, buscando corregirlos para ahorrar accesos improductivos.6
La línea de producción CB está formada por 4 productos todos que funcionan de manera similar el factor diferenciador entre los productos varia por las dimensiones de la máquina y por ende un aumento en su consumos y costos. Los productos de esta línea son:
- CB 3 - CB 23/5 - CB 25/5 - CB 28/5
4.1.4. Optima Steamer
Es un dispositivo para la limpieza del automóvil mediante el vapor generado por el vaporizador Optima Steamer es lo suficientemente caliente como para eliminar cualquier grasa y suciedad, produce suficiente presión para romper la suciedad y es lo suficientemente suave como para no dañar la superficie, es un sistema semiautomático por ende toma un mayor tiempo en el lavado, pero reduce en una amplia proporción el consumo de insumos.7
6 K’A’RCHER. Lavado de coches. [En línea]. K’a’rcher. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en Internet: <https://goo.gl/QGfRZe>.
7 STEAMONWHEELS. Máquinas de limpieza a vapor o generador de vapor industrial. [en línea]. Steamonwheels. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en internet: <http://www.steamonwheels.es/equipos/>.
22
4.2. MARCO TEÓRICO
4.2.1. Lavado manual
Llamado “box de lavado” se basa en el uso de agua a presión o lavado con manguera para el lavado del automóvil en un espacio designado donde el propietario decide diferentes opciones de servicio para efectuarse en el automóvil. El empleado realiza manualmente el lavado como se puede evidenciar en la Figura 1.8 Figura 1. Lavado manual mediante máquina de agua a presión
Fuente: Que es más ecológico [En línea]. Vida + verde [Consultado el 13 de abril del 2018]. Disponible en Internet < https://goo.gl/wwnxhp >
4.2.2. Túnel de lavado
Es un sistema en el que se utiliza un transportador para mover el automóvil por el interior del túnel en el que están dispuestos una serie de elementos fijos encargados de lavar y limpiar. El túnel normalmente requiere de un usuario que ubique el automóvil en la plataforma del transportador. Como se observa en la Figura 2 el vehicula pasa por diferentes etapas en el proceso del lavado.9
8 ISTOBAL. Boxes de lavado: disfruta lavando y cuidando tu automóvil. [en línea]. Istobal. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en internet: <https://www.istobal.com/es/boxes-de-lavado/>.
9 ISTOBAL. Túnel de lavado: una opción rápida y eficaz para el lavado de coches. [en línea]. Istobal. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en internet: < https://www.istobal.com/es/tunel-de-lavado/>.
23
Figura 2. Estructura y etapas de un túnel de lavado.
Fuente: Ejemplo de túnel de lavado [en línea]. Istobal. [Consultado el 13 de abril del 2018]. Disponible en Internet: < https://goo.gl/tvxap2 >
4.2.3. El puente de lavado
Es un sistema automático que se desplaza en unos ejes por encima del automóvil realizando el lavado y el enjuague, al contrario del túnel, el sistema se mueve y el carro queda como elemento fijo. En la Figura 3 podemos apreciar los carriles en los cuales se desplaza el puente de trabajo para realizar su labor.10 Figura 3. Estructura puente de lavado
Fuente: Puentes de lavado [en línea]. Centro de lavado BRAVO S.L. [Consultado el 13 de abril del 2018]. Disponible en Internet: < https://goo.gl/7unukf >
10 PELP. ¿Cómo funciona un puente de lavado para autos? [en línea]. Pelp. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en internet: < https://www.pelp.cl/blog/funciona-puente-lavado-autos/ >.
24
4.2.4. Agua Subterránea
Es agua que se filtra a través de grietas y poros de las rocas y sedimentos que yacen debajo de la superficie de la tierra, acumulándose en las capas arenosas o rocas porosas del subsuelo. El agua se almacena y mueve en las formaciones geológicas que tienen poros o vacíos.11
4.2.5. Bomba hidráulica
Figura 4. Clasificación de las bombas hidráulicas
Fuente: Clasificación de bomba hidráulicas. [en línea]. Universidad politécnica de valencia. [Consultado el 19 de abril de 2018]. Disponible en Internet: https://goo.gl/XwgFHG. La bomba hidráulica es un dispositivo que transforma energía mecánica (torque y velocidad del motor) en hidráulica (caudal). Es importante destacar que una bomba produce movimiento del líquido, las bombas no generan presión.
11 SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Recurso hídrico subterráneo. [en línea]. Bogotá: Secretaria distrital de ambiente, 2014. [Consultado el 30 de marzo del 2018]. Disponible en internet: < http://ambientebogota.gov.co/aguas-subterraneas >.
25
Cuando una bomba opera, cumple dos funciones: primero, su acción mecánica crea un vacío en la succión lo cual permite que la presión atmosférica fuerce líquido del tanque hacia la entrada de la misma. Segundo, la misma acción entrega éste líquido a la salida de la bomba y lo empuja hacia el circuito hidráulico. 12
En la bomba volumétrica el desplazamiento del líquido se realiza en un proceso en el que se verifica el desalojo periódico del líquido contenido en unas cámaras de trabajo, mediante un dispositivo que las desplaza, que es un órgano de trabajo, (pistón, engranaje, etc.) con unos espacios que comunican, periódicamente, la cavidad de recepción del líquido o cámara de aspiración, con la cavidad de descarga o cámara de impulsión, pudiendo tener una o varias cámaras de trabajo.
Las bombas dinámicas imparten velocidad y presión al fluido en la medida que éste se desplaza por el impulsor de la bomba, el cual gira a altas revoluciones, convirtiendo así la velocidad del fluido en energía de presión. Es decir, el principio de funcionamiento de estas bombas está fundamentado en la transferencia de energía centrífuga. El rango de operación, en lo relativo a alturas y caudales de bombeo de las bombas de presión dinámica es mucho más amplio que el de las de desplazamiento positivo13
4.2.6. Electroválvula
Las electroválvulas o válvulas solenoides son dispositivos diseñados para controlar el flujo (on-off) de un fluido. Están diseñadas para poder utilizarse con agua, gas, aire, gas combustible, vapor entre otros. Estas válvulas pueden ser de dos hasta cinco vías. Pueden estar fabricadas en latón, acero inoxidable o PVC. Dependiendo del fluido en el que se vayan a utilizar es el material de la válvula.14
12 SOLORZANO, Ricardo. Principios Ingenieriles Básicos - Bombas Hidráulicas. [En línea]. En: Hydraulics & Pneumatics. Junio 5 del 2016. [Consultado el 02 abril del 2018]. Disponible en Internet: <https://goo.gl/RnsZkP>.
13 TUTORIALES INGENIERÍA CIVIL. ¿Bombas Cinéticas o Bombas Dinámicas? – Conceptos Básicos. [En línea]. En: Bombas Hidráulicas [Consultado el 17 de abril del 2018]. Disponible en Internet: <https://goo.gl/RnsZkP>
14 PASAI, suministros industriales. Electroválvulas, funcionamiento general. [en línea]. Pasai. [Consultado: 24 de mayo del 2018]. Disponible en internet: <https://goo.gl/zgpV83>.
26
Figura 5. Electroválvula de accionamiento directo NC
Fuente: Pasai, suministros industriales. Electroválvulas, funcionamiento general. [en línea]. Pasai. [Consultado: 24 de mayo del 2018]. Disponible en internet: https://goo.gl/zgpV83 En las válvulas de 2 vías, normalmente se utilizan las que funcionan con tres modalidades diferentes, dependiendo del uso que están destinadas a operar; pueden ser de acción directa, acción indirecta y acción mixta o combinada, además cada una de estas categorías puede ser Normalmente Cerrada (NC) o Normalmente Abierta (NA), esto dependiendo de la función que va a realizar ya sea que esté cerrada y cuando reciba la señal a la solenoide abra durante unos segundos, o que esté abierta y cuando reciba la señal la solenoide corte el flujo.
4.2.7. Calderas o generadores de vapor
Una caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica. A la combinación de una caldera y un sobre calentador se le conoce como generador de vapor.
El principio básico de funcionamiento de las calderas consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor. 15
15 ABSORSISTEM. Descripción de Calderas y Generadores de vapor. [En línea]. ABSORSISTEM. [Consultado el 23 de abril del 2018]. Disponible en Internet: < https://goo.gl/jTkPuZ >
27
Figura 6. Caldera pirotubular
Fuente: Descripción de calderas y generadores de vapor [En línea]. ACHS [Consultado el 28 de mayo del 2018]. Disponible en Internet: https://goo.gl/eNGF73 Los tipos de caldera son: - Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación. - Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes, debido a la circulación de los gases de escape. No confundir esta definición con la de un intercambiador de calor.
4.2.8. Compresor
El compresor es una máquina que, a través de un aumento de la presión, logra desplazar fluidos compresibles, como los gases, este no sólo desplaza los fluidos, sino que también modifica la densidad y la temperatura del fluido compresible. Los compresores se utilizan en diversos ámbitos, como en los equipos de aire acondicionado, los refrigeradores o heladeras, los turborreactores y en ciertos sistemas de generación eléctrica.
De acuerdo al método de intercambio de energía, los compresores pueden dividirse en distintos tipos, como los compresores alternativos (que abren y cierran válvulas
28
para aspirar o comprimir el gas), los compresores rotativos (con tornillos giratorios) o los compresores roto-dinámicos (que apelan a un rodete con palas), entre otros.16
4.2.9. Manómetro
Instrumento empleado para medir la presión de un fluido o gas en el interior de un circuito. En las instalaciones de aire comprimido, son instrumentos vitales para la información, regulación y control, de los compresores, secadores o filtros.17
4.2.10. Controladores lógicos programables (PLC)
Los controladores lógicos programables o PLC son dispositivos electrónicos o computadoras digitales de tipo industrial que permiten la automatización, usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones que controlan tiempos de ejecución y regulan secuencias de acciones.18
Figura 7. Estructura de un PLC
Fuente: Estructura de un PLC. [en línea]. Aplicaciones de un PLC. [consultado 29 mayo de 2018]. Disponible en internet: https://goo.gl/CCZprB 16 REDAIR, Compresores. [en línea]. Redair. [Consultado el 23 de abril del 2018]. Disponible en internet: <http://redair.mx/compresortornillo.php>.
17 FLEXMIN, elaboración de flexibles hidráulicos y mangueras industriales. Manómetros. [en línea]. Flexmin. [Consultado el 23 de abril del 2018]. Disponible en internet: <https://flexmin.cl/catalogo/manometros/>.
18 CENTRO DE TECNOLOGIA E INNOVACIÓN (CTIN). ¿Qué es un PLC? [en línea]. México: CTIN. 2013. [Consultado el 23 de abril del 2018]. Disponible en internet: <http://www.ctinmx.com/que-es-un-plc/>.
29
La Figura 7. muestra la estructura general de un PLC el cual está compuesta por: - Las Entradas que son las señales de vienen del proceso o el campo de trabajo. - La CPU que es donde se encuentra el procesador, la memoria programable y donde se ingresa el programa para realizar el debido control de un proceso. - Las salidas que son las señales hacia los actuadores que interfieren en el proceso. Estos son dispositivos implementados principalmente para la industria. Es utilizado en diferentes situaciones como en sistemas con espacios reducidos, en procesos de producción que camban periódicamente, en procesos secuenciales, en procesos complejos, chequeos y seguridad de los procesos.
4.2.11. Mecanismos
En las máquinas, se llama mecanismo a la agrupación de sus componentes que son móviles y se encuentran vinculados entre sí a través de diversas clases de uniones; esto hace que dicha estructura pueda transmitir fuerzas y movimientos. El mecanismo es el encargado de permitir dicha transmisión.19
4.2.12. Diseño concurrente
El diseño concurrente consiste en una metodología dónde el diseño del producto está integrado en todos los procesos necesarios para fabricarlo. Para ello, se tienen en cuenta todas las fases del ciclo de vida del producto, desde su nacimiento como concepto hasta la entrega a los usuarios y/o clientes
El objetivo de esta metodología es reducir el tiempo total del proyecto mediante la ejecución en modo concurrente de las actividades de diseño del producto y de las
19 SHIGLEY, Joseph., UICKER, John J. Teoría de máquinas y mecanismos. 1 ed. México: McGraw-Hill, 2001. P7.
30
actividades de ingeniería del proceso de producción y no realizar una fase detrás de otra como se haría en la ingeniería convencional.20
4.2.13. Evaluación financiera de proyectos
la evaluación de proyectos comprende el desarrollo de una serie de metodologías que le permiten al inversionista analizar una o varias alternativas de inversión y de financiamiento, buscando seleccionar la más adecuada según uno o varios criterios, tales como rentabilidad, valor presente neto o valor económico agregado, dentro de un horizonte de planeamiento incierto que requiere una consideración adecuada del riesgo que enfrenta el inversionista.21
En los proyectos de inversión o en estado puro se realizan el desembolso neto al comienzo del proyecto para obtener los ingresos netos después del período de la puesta en marcha y durante el resto de la vida útil del proyecto, de tal manera que el inversionista recupere el valor de la inversión realizada y obtenga una rentabilidad durante la vida útil del proyecto. En un proyecto de financiamiento es basado principalmente en créditos y en este tipo de proyecto se reciben los recursos para el comienzo del proyecto y se debe pagar en cuotas durante la vida útil del proyecto o en un intervalo de tiempo menor, pero de esta manera desde el periodo inicial se obtienen ingreso siempre y cuando el proyecto genere los ingresos suficientes. En la evaluación de proyectos se utilizan diferentes herramientas que permite determinar la rentabilidad del proyecto, tiempo de recuperación de la inversión y diferentes datos que son determinantes a la hora de realizar una inversión. - La tasa de interés de oportunidad: La TIO es la tasa mínima que se utiliza para poder determinar el valor presente neto de los flujos futuros de caja del proyecto y es la rentabilidad mínima que se le debe exigir al proyecto para tomar la decisión de no invertir en un uso alternativo de los recursos o en otro proyecto.22
20 LEAN MANUFACURING. Ingeniería concurrente: Definición y características a tener en cuenta. [en línea]. Lean Manufacturing. [Consultado el 21 de mayo del 2019]. Disponible en internet: <https://leanmanufacturing10.com/ingenieria-concurrente>.
21 SERRANO, Javier. Matemáticas financieras y evaluación de proyectos. 2 ed. México: Alfaomega, 2011. P23.
22 Ibd,. P34.
31
- El valor presente neto (VPN): es el resultado algebraico de traer a valor presente, utilizando una tasa de descuento adecuada, todos los flujos relacionados con un proyecto.23 - La tasa interna de retorno (TIR): corresponde a aquella tasa de interés que hace igual a cero el valor presente neto de un proyecto.24 - Periodo de recuperación de la inversión (PRI): Es el tiempo requerido para que la suma de los flujos de efectivo neto positivos, producidos por una inversión, sea igual a la suma de los flujos de efectivo neto negativos, requeridos por la misma inversión.25
23 Ibíd. P93.
24 Ibíd.. P96.
25 PYMESFUTURO. Periodo de recuperación PRI. [en línea]. Pymesfuturo. [Consultado el 21 de mayo del 2019]. Disponible en internet: <https://www.pymesfuturo.com/pri.htm>.
32
5. METODOLOGÍA
Teniendo en cuenta los objetivos planteados, el desarrollo del diseño del producto se realizará bajo el método de diseño estructurado y concurrente, se trata de buscar la definición detallada del producto mediante una planificación para tener en cuenta el proceso de diseño, calidad, costos y el cumplimiento de las necesidades del usuario.
Para el desarrollo del proyecto se han definido fases que se componen por tareas a desempeñar para el cumplimiento de los objetivos propuestos. Las fases son presentadas a continuación.
Figura 8. Proceso de desarrollo del producto
Fuente: ULRICH, Karl T., EPPINGER, Steven D. Diseño y desarrollo de productos. 5 ed. México: McGraw-Hill, 2013. 14p. 5.1. PLANEACIÓN DEL PRODUCTO
- Desarrollo de estudio de mercado. - Identificación de las oportunidades de mercado. - Segmentación del mercado al que se elabora el producto y evaluación de nuevas tecnologías. 5.2. GENERACIÓN DE CONCEPTOS
- Identificación de las necesidades y recolección de datos de consumo energético y de agua de las diferentes tecnologías de lavado para el establecimiento de las especificaciones - Investigación de las regulaciones y decretos establecidos en el país para el consumo y el manejo de agua y de los residuos en Colombia para el establecimiento de especificaciones.
33
- Desarrollo de conceptos que cumplan con las especificaciones establecidas. - Pruebas y selección de concepto.
5.3. DISEÑO A NIVEL SISTEMA
- Definición de los subsistemas del concepto seleccionado. - Generar el diseño de la arquitectura del concepto. 5.4. DISEÑO DE DETALLE - Definir dimensiones y geometrías de las piezas del concepto seleccionado. - Selección de materiales de acuerdo a las necesidades identificada.
5.5. PROTOTIPO - Desarrollo de un prototipo virtual mediante el modelamiento del concepto apoyado en un sistema CAD. - Simulación del sistema dinámico que exponga el funcionamiento general. - Simulación del sistema estático que permita ver los esfuerzos y deformaciones presentes durante su funcionamiento.
5.6. EVALUACIÓN FINANCIERA - Desarrollo del flujo de fondos con los datos de los diferentes costos en el ciclo de vida del proyecto e ingresos pronosticados por la prestación del servicio. - Análisis de viabilidad del proyecto apoyadas en las diferentes herramientas de matemática financiera como VPN, TIR y PRI.
34
6. DESARROLLO DEL PROYECTO
6.1. ESTUDIO DE MERCADO
Una investigación de mercado permite mirar el alcance del proyecto y obtener una comparación en cuanto al nivel de productividad con los diferentes sistemas de lavado convencional al minimizar el consumo de los insumos del servicio de lavado de automóviles. Este estudio de mercado estuvo enfocado en la ciudad de Cali para tener una información más asequible al realizar las encuestas.
6.1.1. Herramientas para la información
La información requerida para esta investigación se divide en dos campos: el primer campo es la investigación de datos de capacidad de demanda en la ciudad (cantidad de automóviles), conocer el promedio de consumo en los negocios dedicados al lavado de automóviles y tener claro los tiempos de ejecución y precios. Toda esta información es con el objetivo de tener una aproximación de cuál es la productividad actual de algunos centros de lavado de automóviles.
Como segundo campo, mirar el alcance del proyecto que se está diseñando, para ello se recurre a una investigación cuantitativa mediante el uso de encuestas donde se obtiene la información de la demanda aproximada en esta actividad y datos que ayudan a establecer las especificaciones en el diseño del sistema.
6.1.2. Investigación de datos estadísticos
Mediante la investigación de diferentes bases de datos de organizaciones de control de transporte como la secretaria de tránsito municipal, la cámara de la industria automotriz y el Runt. se obtiene la siguiente información; de acuerdo con el Runt, en la categoría de automóviles (automóvil, bus, buseta, camión, camioneta, campero, microbús, tracto camión y volqueta) hay 414.863 automóviles registrados en Cali al año 2016, ahora, de esta totalidad un aproximado del 83% son automóviles particulares, es decir, un valor aproximado a 344,336 automóviles cumpliría con los rasgos para ser la población objetivo y determinar la muestra del estudio de alcance del proyecto.
Otro dato importante que se encontró es la comparación del consumo de agua en diferentes lavaderos, aunque es un dato tomado de un artículo de barranquilla con
35
un parque motor menor al de Cali, permite observar a gran medida cuanto es el ahorro del insumo principal (agua) al utilizar nuevas tecnologías en esta actividad y con ello se puede percibir un beneficio en la productividad. La comparación de consumo se puede ver en la siguiente figura.
Figura 9. Consumo de agua en lavaderos de automóviles.
Fuente: Consumo de agua en los lavaderos de automóviles [En línea].En: El Heraldo [Consultado el 3 de junio del 2018]. Disponible en Internet: <https://goo.gl/wM9Sf8> Aunque se aprecia en la imagen un mayor consumo mensual en el lavadero grande en este se gasta menos agua por carro, la diferencia en el consumo total está dada porque el lavadero grande satisface una mayor demanda.
Más adelante para poder analizar el aumento de productividad es necesario tener claro cuáles son los costos que se generan del consumo de agua y el vertimiento de este mismo, para ello se obtiene la siguiente tabla con las tarifas que maneja actualmente la empresa pública de acueducto y alcantarillado EMCALI.
Tabla 1. Tarifas de servicios de acueducto y alcantarillado en Cali
Fuente: Tarifas de acueducto y alcantarillado [En línea]. Emcali [Consultado el 8 de junio del 2018]. Disponible en Internet: < https://goo.gl/QxJwXX >
36
Completando la información que se necesita para poder realizar una comparación entre el lavado tradicional con manguera o agua a presión con el sistema mecatrónico para el lavado de automóviles y ver cuál sería el resultado de la productividad al implementar un sistema de lavado automático, es necesario saber cuál es el costo de un lavado exterior de un automóvil ya que es la actividad en la que el sistema entrara a competir contra los lavaderos tradicionales. El tiempo aproximado del lavado exterior de un automóvil es un promedio de 18 minutos con un valor promedio de $12.000.
6.1.3. Investigación cuantitativa
Para la investigación cuantitativa se planea el desarrollo de una encuesta a personas que poseen al menos un automóvil para obtener estadísticas sobre si utilizan lavaderos de autos, su frecuencia, razones de elección, etc. El primer paso es calcular el tamaño de la muestra y posteriormente se realizará la encuesta para ser aplicada
6.1.3.1. Tamaño de la muestra
Para hallar el tamaño de la muestra se toma como población objetivo los 344.336 automóviles particulares registrados en Cali.
𝑁𝑁 = 344.336 (𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ñ𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝)
𝑁𝑁𝑝𝑝𝑁𝑁𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝𝑐𝑐𝑡𝑡 = 90%
Tabla 2. Nivel de confianza
Z 1,15 1,28 1,44 1,65 1,96 2 2,58
Nivel de confianza 75% 80% 85% 90% 95% 95,5% 99%
𝑍𝑍 = 1,65
37
𝑑𝑑 = 0,1 (𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑜𝑜𝑒𝑒 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑𝑜𝑜)
𝜎𝜎2 = 0,25 (𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑁𝑁𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝𝑑𝑑𝑡𝑡𝑒𝑒)
𝑝𝑝∗ =𝑐𝑐2.𝜎𝜎2
𝑑𝑑2=
1,652 ∗ 0,250,12
= 68
El número obtenido de la muestra sin corrección es de 68, ahora se calcula la muestra con corrección con el dato de la población objetivo.
𝑝𝑝 =𝑝𝑝∗
1 + 𝑝𝑝∗𝑁𝑁
=68
1 + 68344336
≅ 68
Debido a que la población objetivo es muy grande el valor del denominador es muy aproximado a 1 dejando que el valor de la muestra sin corrección sea aproximadamente el valor de la muestra definitiva.
6.1.3.2. Encuesta
Para obtener más información sobre el nivel de demanda de los lavaderos de autos que justificaría el desarrollo del sistema a diseñar y para poder obtener datos sobre las necesidades de los clientes y usuarios que posteriormente llevarían a la determinación de las especificaciones del sistema se realiza la siguiente encuesta.
Tabla 3. Preguntas de la encuesta
38
6.1.4. Resultados de las encuestas.
A continuación, se visualizará el resultado de las encuestas realizadas a 68 personas que poseían automóvil, al procesar la información obtenida se llegó a los siguientes resultados.
Figura 10. Resultados de la pregunta No. 1 de la encuesta
Se puede observar que aproximadamente el 76.47% de las personas encuestadas hacen uso de los centros de lavado de automóviles.
Figura 11. Resultados de la Pregunta No. 2 de la encuesta
Según la información obtenida el porcentaje de usuarios que llevan su automóvil simplemente al lavado es de un 30.88%, es el valor de interés debido a que el ámbito del mercado en el que se va a enfocar el desarrollo del diseño, teniendo en cuenta que es probable que haya un aumento de demanda si se mejora la eficacia o si se da un servicio complementario aparte.
52
16
0102030405060
SI No
Utiliza el servicio de lavado de autos
21
30
17
0
10
20
30
40
Lavado exterior Lavado-Polishada Lavado -Cambio de aceite
Que servicio utiliza cuando va a un centro de lavado
39
Figura 12. Resultados de la Pregunta No. 4 de la encuesta
Se observa que los valores más altos pertenecen a los factores de rapidez y precio, dando que la selección del servicio de lavado de automóviles está influenciada principalmente en un 38.2% por la rapidez del servicio.
Figura 13. Resultados de la Pregunta No. 5 de la encuesta
Un 89.7% de las personas encuestadas, es decir, 61 usuarios, hacen uso de los centros de lavado al menos una vez en el mes. Si se realiza un balance mensual del uso de los centros lavados el valor seria aun mayor a los 61 usuarios debido a que hay al menos 33 usuarios que usan los lugares más de una vez en el mes.
26
13
22
7
05
1015202530
Rapidez Calidad Precio Confiabilidad
Que lo hace elegir la estacion de lavado
14
19
28
7
0
5
10
15
20
25
30
Semanal Quincenal Mensual Otra
Con que frecuencia vas al centro de lavado
40
Figura 14. Resultados de la Pregunta No. 5 de la encuesta
El mayor porcentaje del 72% está dispuesto a pagar un valor un poco superior al valor promedio en los diferentes centros de lavado en la ciudad justificando que, aunque sea un servicio más rápido y amigable con el ambiente no estarían dispuestos a pagar el doble del valor habitual, aun así, un 25% si está dispuesto al cancelar el valor de $20,000.
6.1.5. Análisis de encuesta.
De la encuesta se puede ver que un porcentaje del 30.88% de la muestra llevan sus automóviles para realizar un lavado exterior que es la actividad para la cual va ser diseñado el sistema, al extrapolar este porcentaje en la cantidad de la población objetivo se puede decir que de la totalidad de automóviles presentes en la ciudad de Cali tenemos una probable demanda de 106,330 automóviles, la cantidad es muy alta para poderla suplir en una estación de servicio y es por ello que el mercado de lavaderos de autos se encuentra en auge, debido a la poca oferta para la cantidad de la demanda, esta es una de las razones por la cual han surgidos varios centros de lavado de automóviles de manera ilegal.
Teniendo en cuenta que el 48.52% de la población que hace uso de estos servicios lleva su automóvil más de una vez a los establecimientos para su lavado, se puede definir que la demanda mensual aumentara.
También se puede establecer que un gran porcentaje de la población estaría dispuesto a pagar un valor un poco por encima del promedio por un lavado más rápido, dejando aumentar el valor del ingreso para poder suplir los costos de la inversión inicial.
49
172
0
20
40
60
15000 20000 23000
Cuanto estas dispuesto a pagar por un servicio mas eficaz de lavado
41
En cuanto a la fidelidad de los clientes se puede ganar tomando como objetivo brindar un sistema que el servicio sea rápido y de calidad, que según las encuestas son los principales valores por la cual definen el centro de lavado al cual asisten periódicamente.
6.2. PLANEACIÓN DEL PRODUCTO
6.2.1. Descripción del producto
Sistema compuesto por dispositivos mecatrónicos para la limpieza exterior de automóviles particulares de manera automatizada.
6.2.2. Propuesta de valor
Sistema adecuado a tecnologías y procedimientos para el lavado de automóviles que reduce el consumo de insumos buscando contribuir a la preservación del medio ambiente.
6.2.3. Objetivos claves de negocio
Apartado de los objetivos del proyecto, estos objetivos son las metas que se establecen para mejorar la posición del negocio en el mercado. Obteniendo las siguientes:
- Mejorar el diseño del sistema buscando optimizar materiales y dispositivos mecatrónicos para reducir los costos de construcción e impulsar su comercialización a un menor precio. - Servir de plataforma para variantes del sistema que funcionen de manera automática o semiautomática basado en la necesidad de los establecimientos. - Liderar el mercado de sistemas automáticos de lavado de automóviles a nivel nacional con miras en el cuidado del medio ambiente.
42
6.2.4. Mercado primario y secundario
Al tratarse de un sistema que cumplirá un servicio es necesario identificar el mercado al cual el sistema está dirigido. Teniendo en cuenta que el sistema mecatrónico cumple una labor específica que es el lavado exterior de automóviles particulares su mercado primario será los centros de lavado de carros en Cali.
Posteriormente, como mercado secundario se identificarían diferentes establecimientos que cuenten con un servicio de parqueo (Centros comerciales, Supermercados, Parqueaderos, etc.) y deseen brindar un servicio adicional en sus instalaciones.
6.2.5. Suposiciones y restricciones
Ayudando a mantener un campo de enfoque en el proyecto, se definen una serie de suposiciones que restringen y/o apoya a que los diferentes diseños de conceptos posibles estén acordes al objetivo del proyecto.
- Debe acoplarse a la variedad de automóviles particulares. - Dispositivos electrónicos de gran exactitud. - Dispositivo de control de fácil programación. - Programación a prevención de fallas. - Debe realizar su labor sin realizar daños al automóvil. - Debe disminuir o en su defecto no utilizar productos químicos para el lavado de los automóviles.
6.2.6. Involucrados
Los involucrados son aquellos que intervienen de alguna manera en el desarrollo o funcionalidad del producto, de este grupo se pueden identificar necesidades que harán parte del diseño del sistema.
- Compradores y usuarios
43
- Proveedores - Operarios - Entidades de regulación (Ministerio de ambiente, CVC, Dagma)
6.2.7. Participantes
- Giancarlo Bravo Valencia, estudiante de Ingeniería Mecatrónica. - Cristian Leandro Hurtado Ocampo, estudiante de Ingeniería Mecatrónica. - Bernardo Roger Sabogal Abril, Magister en Ingeniería, Director del proyecto.
44
Tabla 4. Resumen de la planeación del producto.
Declaración de la misión: Proyecto de maquina automática lavadora de
automóviles con mínimo consumo de insumos. Descripción del producto
• Maquina automática para la limpieza exterior de automóviles
Propuesta de valor
• Adaptación de nueva tecnología de lavado de automóviles.
• Procedimiento para minimizar el consumo de insumos. Objetivos claves de negocio
• Mejorar el diseño del sistema buscando optimizar materiales y dispositivos mecatrónicos para reducir los costos de construcción e impulsar su comercialización a un menor precio.
• Servir de plataforma para variantes del sistema que funcionen de manera automática o semiautomática basado en la necesidad de los establecimientos.
• Liderar el mercado de sistemas automáticos de lavado de automóviles a nivel nacional
Mercado primario • Centros de lavado de automóviles en Cali. Mercado secundario
• Centros comerciales, supermercados, parqueaderos.
Suposiciones y restricciones
• Debe acoplarse a la variedad de automóviles particulares.
• Dispositivos electrónicos de gran exactitud. • Dispositivo de control de fácil programación. • Programación a prevención de fallas. • Debe realizar su labor sin realizar daños al automóvil. • Debe disminuir o en su defecto no utilizar productos
químicos para el lavado de los automóviles. Involucrados • Compradores y usuarios
• Proveedores y operarios • Entidades de regulación (Ministerio de ambiente, CVC,
Dagma)
45
6.3. IDENTIFICACIÓN DE LAS NECESIDADES
El método de identificación de las necesidades asegura en un alto grado que el producto se desarrolle con las características que los diferentes usuarios tuvieron en común, aunque, hay que tener en cuenta que así se logre identificar todas las necesidades es posible que no se pueda saber si se pueden cumplir todas y de qué forma, sin embargo, la identificación de las necesidades es necesaria para obtener una base de datos que justifique las especificaciones del producto.
En el proyecto se emplean dos diferentes métodos en la recopilación de información para poder percibir y determinar las necesidades de los usuarios y clientes, inicialmente se realiza una entrevista que consta de preguntas abiertas y cerradas (Tabla 3. Preguntas de la encuesta), que permite obtener información para la identificación de necesidades y para realizar un estudio de mercado del producto, estas entrevistas fueron realizadas a personas que tuvieran automóvil, es decir, posibles usuarios y entre las personas encuestadas se encontraban dos administradores de centros de lavado de automóviles. Posteriormente se utiliza el método de lluvia de ideas para complementar la identificación de las necesidades del cliente.
De la lluvia de ideas se obtuvo una necesidad que es muy relevante a la hora de realizar el diseño de un producto, esta necesidad es que el sistema no debe ser costoso dentro de su mercado, aquella información no se identificó en la encuesta realizada a los usuarios porque ellos están más enfocados en el precio y calidad del servicio que en el precio del sistema, y de los dos administradores de centros de lavado de automóviles entrevistados ninguno mostro mayor importancia al tema porque eran conscientes que las inversiones en los centros de lavado eran costosos.
Las necesidades identificadas luego de analizar las respuestas en las entrevistas y realizar la lluvia de ideas se organizan en la tabla 5. Y se asigna un valor de importancia del 1 al 5 respecto a los objetivos del producto a diseñar., donde el 1 es de poca importancia y el 5 es de alta importancia.
46
Tabla 5. Necesidades obtenidas para el producto.
Núm. Necesidad Imp.
1 El sistema reduce el tiempo en el proceso de lavado 3 2 El sistema se ajusta a diferentes tipos de automóviles 3 3 El sistema reduce el consumo de agua 5 4 El sistema es seguro para el operador 3 5 El sistema es seguro para el automóvil 4 6 El sistema es automático 5 7 El sistema no debe ser costoso 3 8 El sistema permite un fácil mantenimiento 1 9 El sistema controla el nivel de ruido generado 2
10 El sistema es de alta durabilidad 3 11 El sistema reduce el uso de químicos en el proceso de lavado 5 12 El sistema usa energía renovable 5 13 El sistema puede indicar el tiempo de espera al próximo usuario 1 14 El sistema puede reutilizar el agua residual del proceso de lavado 4
6.4. ESPECIFICACIONES OBJETIVO DEL PRODUCTO
Basados en la información percibida de los clientes y usuarios se procede a interpretar las necesidades identificadas para determinar las especificaciones que debe alcanzar el sistema. Con estas especificaciones se logró establecer las metas que describen el sistema que se piensa que tendrá éxito en el mercado, teniendo en cuenta que posteriormente las especificaciones se refinan con base al concepto del producto seleccionado26.
La lista de métricas son todos los valores mesurables que corresponden a las necesidades expresadas por los clientes y usuarios, por lo tanto, al cumplir con esas especificaciones precisas y mesurables se logra la satisfacción de las necesidades. En la tabla 6. Se encuentran las especificaciones mesurables que se relacionan con las necesidades identificadas.
26 ULRICH, Karl T., EPPINGER, Steven D. Diseño y desarrollo de productos. 5 ed. México: McGraw-Hill, 2013. P14
47
Tabla 6. Lista de especificaciones mesurables.
Núm.
métrica Numero
necesidad Métrica Imp. Und. 1 1,2,3,6,13 Tiempo de proceso de lavado 3 𝑚𝑚 2 1 Velocidad de avance y retroceso 3 𝑡𝑡/𝑚𝑚 3 2,4,5,6,7 Detección de obstáculo 3 𝑝𝑝𝑡𝑡 4 2,5,6,7 Detección de proximidad de superficie 4 𝑝𝑝𝑡𝑡 5 3,7,14 Consumo de acueducto 5 𝑡𝑡3 6 4,5 Intrínsecamente seguro 3 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 7 1,3,6,7,10,12,14 Precio 3 $ 8 8 Herramientas para mantenimiento 1 𝑆𝑆𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑡𝑡 9 9 Emisión de ruido 2 𝑑𝑑𝑑𝑑 10 7,10 Resistencia del material 3 𝐾𝐾𝐾𝐾/𝑡𝑡𝑡𝑡2 11 11,14 Contaminación en el agua 5 𝑡𝑡𝐾𝐾/𝑆𝑆 12 6,7,12 Potencia de consumo 4 𝑊𝑊𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚 13 7,14 Vertimiento de aguas 3 𝑡𝑡3
Las unidades de la métrica número 8 se puede apreciar que es una lista haciendo referencia a los diferentes instrumentos que se pueden utilizar como destornilladores, llaves, pinzas, multímetro, etc. La métrica 11 hace referencia a la cantidad de jabón o detergente que se encuentra en determinada cantidad de agua, debido a que estos son compuestos por grasas y otros componentes como cloruros, sulfuros y/o fósforos.
En la tabla 7. se relaciona las necesidades del cliente con las especificaciones mesurables en una matriz donde cada marca significa una asociación entre una necesidad y una o más métricas.
48
Tabla 7. Relación entre necesidades del cliente y las necesidades métricas
6.4.1. Elaboración de la casa de calidad (QFD)
El método de la casa de calidad consta de diferentes partes, entre ellas se tiene la parte central que es la que se observa en la Tabla 8. Donde se realiza una asignación numérica con respecto a la relación entre las necesidades y las métricas, esta relación se realiza con la misma escala de calificación con la que se determinó el nivel de importancia en la identificación de las necesidades y las especificaciones mesurables.
La parte superior de la casa de calidad es una correlación entre las métricas para ver como son afectadas entre si cuando se necesita que vayan en aumento, disminuyan o se queden establecidas.
En el lado derecho de la QFD se presenta una gráfica donde se realiza la comparación de las necesidades identificadas en el producto a desarrollar y productos competitivos, con la finalidad de saber si el producto a desarrollar cumple con los requerimientos de los usuarios y los clientes en contraste con la competencia.
49
Por ultimo en la parte inferior se obtiene cuáles son las métricas de mayor relevancia en el proyecto, es decir, las que requieren de mayor atención en la elaboración del sistema.
Tabla 8. Parte central e inferior de la QFD. Asignación numérica a la relación entre las necesidades y las métricas, e identificación de las necesidades métricas de mayor prioridad.
Según los resultados obtenidos por la parte inferior de la QFD, las especificaciones de mayor relevancia en el desarrollo del proyecto son las siguientes:
- Precio. - Detección de obstáculo - Detección de proximidad - Potencia de consumo. - Tiempo de Proceso de Lavado. - Consumo de agua.
50
Estas especificaciones mesurables son fundamentales debido a que se encuentra ligadas con el objetivo principal del proyecto, es decir, que en caso de no poder satisfacer estas especificaciones en cierto grado el enfoque en el desarrollo del proyecto cambiaria.
La parte superior de la QFD hace referencia a la correlación de las métricas como se había mencionado, esta correlación utiliza una simbología para denotar cual es la preferencia de cada métrica y como afecta esta preferencia negativamente o positivamente a otras métricas. En la Tabla 10. se observa cual es la simbología utilizada.
Tabla 9. Parte superior de QFD. Comparación entre métricas
Tabla 10. Simbología de preferencia y correlación
51
De la tabla 9. Se concluye algunos aspectos importantes en la correlación de las métricas, por ejemplo, que el aumentar la detección de superficie influye muy positivamente a la seguridad intrínseca y que al disminuir el consumo de agua influye positivamente en el vertimiento de agua.
La última parte de la QFD es una tabla comparativa del producto a desarrollar con productos existentes que satisfacen al público objetivo del proyecto. Uno de los productos es la Leisuwash Leiba 360 es un túnel de lavado a agua de alta presión totalmente autónomo. El otro producto es la Optima Streamer es una maquina semiautomática que utiliza el vapor como nueva tecnología de lavado. A continuación, se presenta en la tabla 9 el análisis competitivo entre el producto a desarrollar y los 2 productos brevemente descritos.
Tabla 11. Análisis competitivo con respecto a las necesidades identificadas.
En la Tabla 11 se otorga un valor cuantificable a cada producto con respecto a las necesidades identificadas en la Tabla 5 y se logra evidenciar que el producto a desarrollar puede estar bien posicionado respecto a la competencia, cabe destacar que el desarrollo del diseño de este sistema busca mejorar los puntos débiles de diferentes sistemas que existen en el mercado principalmente enfocándose en el factor ambiental.
52
6.5. GENERACIÓN DEL CONCEPTO
Basados los resultados de la casa de calidad (QFD) se generan los diferentes conceptos, esto es una descripción de tecnología, forma del producto y principios de funcionalidad. La generación de estos conceptos busca suplir todas las necesidades identificadas de los usuarios y los clientes. “Estos conceptos se expresan con un bosquejo o como un modelo tridimensional acompañado por una breve descripción conceptual”27.
Figura 15. Método de generación de conceptos de cinco pasos
Fuente: ULRICH, Karl T., EPPINGER, Steve D. Capítulo 7, Generación de Conceptos. En: Diseño y desarrollo de productos. 5 ed. México: McGraw-Hill. 2013. p. 122
27 ULRICH, Karl T., EPPINGER, Steve D. Capítulo 7, Generación de Conceptos. En: Diseño y desarrollo de productos. 5 ed. México: McGraw-Hill. 2013. p. 120
53
6.5.1. Aclarar el problema
El problema identificado en este proyecto radica que, en la actualidad con el crecimiento del parque automotor en Colombia, ha crecido el mercado de las estaciones de lavado utilizando el lavado a manguera y balde o preferiblemente de agua a alta presión. En promedio el lavado de un automóvil utiliza entre 70 y 200 litros de agua cuando se realiza de forma manual, pocos centros de lavado de automóviles cuentan con agua subterránea en conjunto con agua del acueducto para realizar sus actividades, aun así, el desperdicio del recurso es alto, pero hay otros establecimientos más críticos que solo dependen de la red de consumo.
En el presente, la preservación de los recursos ambientales es un tema de mucha importancia a nivel global pero la falta de compromiso al hacer cumplir las regulaciones respecto al uso del agua en estos establecimientos hace que cada vez exista más desperdicio de agua.
Por lo anterior como solución se propone diseñar un sistema automático para el lavado exterior de automóviles que minimice el consumo de insumos que afectan la parte ambiental, buscando no solo aumentar la productividad del negocio sino en disminuir el consumo del agua y químicos en el proceso y a su vez buscando maneras para reducir el consumo energético en este sistema.
Teniendo en cuenta lo anterior se realiza una descomposición funcional del sistema mediante el uso de la caja negra para posteriormente identificar los sub-problemas y dividirlos en sub-funciones buscando crear una descripción de los elementos que podrían implementarse para lograr la función general del producto.
Figura 16. Diagrama caja negra
54
Figura 17. Diagrama sub-funciones de la caja negra
En la Figura 16. Se encuentra el diagrama de funciones donde sus entradas son la energía que va alimentar todo el sistema y sus componentes, posteriormente el automóvil que se ubica en un área determinada para el proceso, la siguiente entrada es el agua como parte de los insumos que es esencial en el proceso de lavado y al final se encuentra las señales de los sensores de detección y proximidad que son las encargadas de guiar el proceso de lavado buscando garantizar la seguridad del automóvil. En la Figura 17. Se muestran las sub-funciones primordiales que permiten el funcionamiento deseado del sistema, con la identificación de estas sub-funciones se realiza una búsqueda externa e interna para conocer las tecnologías existentes que satisfacen las sub-funciones.
6.5.2. Búsqueda externa e interna
Con este método de búsqueda nos permite identificar los diferentes dispositivos o sistemas que harán parte del proyecto, mediante se disminuye el tiempo en el diseño del producto debido que permite que se encuentren soluciones existentes a las sub-funciones y facilita que se enfoque en los problemas críticos del diseño.
A partir de esta investigación se obtienen las diferentes tecnologías existentes que puedan implementar el cuadro de sub-funciones determinado en la caja transparente. Con esta búsqueda el equipo logra identificar que equipos, procesos
55
y herramientas resuelven el problema de manera más eficiente, ahorrando tiempos y costos. A continuación, se presentas las sub-funciones y se realiza la búsqueda externa para cada una.
Para atender las sub-funciones de la caja transparente es necesario conocer los tipos de lavado que existen en la actualidad. Además, teniendo en cuenta el objetivo del equipo de diseño, es necesario que estos tipos de lavado se permitan adaptar a un concepto automatizado. El lavado con agua a presión y lavado de agua a vapor son los tipos de lavado que se adaptan al objetivo del proyecto.
Lavado de agua a presión: El lavado de agua a presión es el principio de funcionamiento del lavado de agua a vapor, y consiste en un sistema de bombeo compuesto por un tanque de almacenamiento de agua, una bomba y un motor que proporciona la fuerza requerida para que el agua pueda remover la suciedad de los automóviles.28
Lavado con vapor de agua: Para realizar un lavado a vapor se requiere un vaporizador o caldera diseñados para generar vapor saturado (vapor a punto de condensarse) debido a una transferencia de calor, proveniente de la transformación de la energía química del combustible mediante la combustión, en energía utilizable (calor), y transferirla al fluido de trabajo (agua en estado líquido), el cual la absorbe y cambia de fase (se convierte en vapor).29
Aceptar energía de entrada: Para esta sub-función se realizó una investigación desde dos aspectos fundamentales del dispositivo. Por una parte y teniendo en cuenta que es un sistema automático, se obtuvo la información necesaria respecto al tipo de energía utilizada en sistemas de traslación y rotación de estructuras y mecanismos mecatrónicos. Por otro lado, se estudió los dispositivos que convierten la energía proveniente de sistemas renovables para que se puedan adecuar al sistema.
Uno de los métodos de lavado estudiados es el lavado a vapor. A diferencia del lavado a presión tradicional, el vapor se genera mediante una caldera que permite
28MINAQUA. Guía de buenas prácticas para instalaciones de lavado de automóviles. [en línea]. Minaqua. [Consultado el 25 de agosto del 2018]. Disponible en internet: http://www.minaqua.org/wp14/wp-content/uploads/2016/12/Guia-de-buenas-practicas-para-<instalaciones-de-lavado-de-vehiculos-CAST-bxa.pdf>.
29 LIMPIEZASIL. Limpieza a vapor. [en línea]. Limpiezasil. [Consultado el 25 de agosto del 2018]. Disponible en internet: <https://limpiezasil.com/limpieza-a-vapor-que-es-maquinas/>.
56
y a través de válvulas se aprovecha el vapor generado para expulsarse por medio de una pistola o boquillas. Desde el punto de vista energético se tienen 2 posibles tipos de caldera, caldera eléctrica y caldera de gas natural.
Entre las alternativas energéticas el gas natural es reconocido como una energía noble por su eficiencia, limpieza y precios competitivos. Es el combustible que menos contamina, calienta con rapidez y no necesita almacenaje previo, por lo que proporciona un elevado grado de confort en los hogares. En la industria, la calidad de su llama, regular y sin impurezas, permite numerosas aplicaciones. Su combustión hace posible una mejor regulación de la temperatura en las cámaras de combustión de una extensa gama de equipos, así como su aplicación directa en el tratamiento de múltiples productos. Por su alto contenido en hidrógeno, el gas natural es la materia prima más utilizada en la producción de amoniaco para fertilizantes, así como en otras aplicaciones petroquímicas.
Las calderas eléctricas de vapor son generadores de calor que emplean como fuente de alimentación la electricidad, en lugar de la tradicional quema de combustible. El vapor es generado mediante transferencia de calor a presión constante. Por norma general, el cuerpo de estas calderas alberga las resistencias eléctricas y todas las válvulas e instrumentos necesarios para interconexión con el proceso.
Además del tipo de combustible utilizado en las calderas se desarrolló una investigación de los tipos de motores utilizados en sistemas de bombeo.
Los motores utilizados en sistemas de bombeo varían de acuerdo a la aplicación requerida. Generalmente, en los procesos de bombeo se priorizan los costos de mantenimiento y costos energéticos que conlleva cada motor. Sin embargo, los motores más utilizados son los motores eléctricos o los motores de combustión interna (generalmente diésel).
Los motores eléctricos y motores de combustión interna, tales como motores de diésel o gasolina, presentan diferentes características de par que dictan sus capacidades de potencia diferentes. Un motor eléctrico trifásico típico comienza su secuencia de funcionamiento girando un rotor o impulsor. Cuando el rotor se acelera, el nivel de par cae ligeramente, luego aumenta de nuevo cuando la rotación realiza una tasa rpm específica. Esta caída temporal se conoce como “par pull-up”, mientras que el valor máximo se designa como “par máximo”. Cuando la velocidad del rotor supera el nivel de desglose, el par disminuye abruptamente. La curva de par del motor a la velocidad de un motor eléctrico sigue siendo más o menos el mismo, independientemente de la capacidad de energía, y por lo general se ejecuta
57
a la velocidad a plena carga, pero por debajo del punto de ruptura para reducir cualquier riesgo de estancamiento.30
Los motores eléctricos son las máquinas motrices más empleadas para propulsar de manera simple y eficiente las bombas utilizadas en los sistemas de saneamiento. Sus ventajas radican en su reducido tamaño y peso en comparación con otros sistemas motrices; en su limpieza, no contaminan el medio ambiente y producen menos ruido; en su facilidad de operación y finalmente en menor costo en comparación a sus similares de combustión interna. Su principal desventaja es que no pueden ser utilizadas en lugares donde se carece de energía eléctrica.
Los tipos de motores eléctricos usualmente utilizados en los sistemas de agua potable y alcantarillado son: síncronos de velocidad constante y asíncrona o de inducción que admite una ligera variación de velocidad en función al valor de la carga. Por su economía, fiabilidad y simplicidad se eligen motores de inducción para las bombas de velocidad constante. Motores síncronos pueden resultar más económicos para bombas de gran potencia y baja velocidad.31
Los motores de combustión interna tienen una significativamente diferente curva de par a la velocidad con menos fluctuaciones de par. En general, los motores diesel y de gasolina tienen que operar a velocidades más altas para lograr el par necesario para alimentar una bomba hidráulica. Para un motor de combustión interna se requiere una potencia nominal aproximadamente dos y media veces mayores que la que su homólogo motor eléctrico requiere normalmente para alcanzar los niveles de par necesarios para una unidad de potencia hidráulica. Los fabricantes normalmente recomiendan que los motores de gasolina o diesel operen continuamente a sólo una parte de su potencia máxima con el fin de prolongar la vida útil del motor, y manteniendo el par por debajo del nivel máximo de frecuencia pueden mejorar la eficiencia de combustible.32
30 GRUPO CARMAN. Motores de gasolina vs motores eléctricos. [en línea]. Grupo carman. [Consultado el 3 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <https://grupocarman.com/blog/motores-gasolina-vs-motores-electricos/>.
31 CONSEJO GENERAL DE GRADUADOS EN INGENIERIA RAMA INDUSTRIAL E INGENIEROS TÉCNICOS INDUSTRIALES DE ESPAÑA. Ventajas de los motores síncronos asimétricos. [en línea]. COGITI. [Consultado el 5 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <http://www.tecnicaindustrial.es/TIFrontal/a-6595-ventajas-motores-sincronos-asimetricos.aspx>.
32 MADRIÑAN MOLINA, Santiago. Estudio de la eficiencia del ciclo de un motor. [en línea]. Universidad Nacional de Colombia. [Consulta 5 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <http://www.bdigital.unal.edu.co/50970/1/1130672811.2015.pdf>.
58
De acuerdo a los objetivos plasmados para desarrollar el mecanismo, los motores de combustión interna no serán tomados en la búsqueda ya que no se adaptan a los criterios de selección para el concepto a desarrollar. Desventajas energéticas e impacto ambiental descartan este tipo de motores en la búsqueda de concebir un producto integral.
Almacenar agua: Para el almacenamiento de agua se investigó las prestaciones de los tanques de agua según el material y las prestaciones de cada tipo. A continuación, se presentan las ventajas y desventajas de cada material según los objetivos del producto.
Una variedad de materiales se utiliza para los tanques de almacenamiento de agua, incluyendo el plástico, polietileno, polipropileno, fibra de vidrio, hormigón, acero y acero inoxidable.
“Los tanques de plástico y polietileno son algunas de las opciones menos costosas para la recogida y almacenamiento de agua. Sin embargo, están hechos de petróleo, con el cual algunas personas tienen problemas, incluyendo la extracción de crudo y el uso de varios productos químicos para completar el proceso de fabricación. Estos tipos de tanques se utilizan ampliamente y son resistentes a la oxidación y la corrosión, y aunque a menudo tienen una larga duración, los tanques también toman mucho tiempo para degradarse en un vertedero.
Los tanques de fibra de vidrio son de peso ligero, aunque permiten que más luz solar entre el tanque, lo cual a menudo da lugar al crecimiento de algas. Este tipo de tanque también es propenso a agrietarse”.33
Los tanques de acero galvanizado se utilizan ampliamente y generalmente son el tipo de tanque menos costoso para el almacenamiento de agua. Sin embargo, son propensos a la liberación de otros elementos, como el plomo en el agua, y a menudo sólo duran unos cinco o seis años, debido a los puntos débiles de la construcción. Los tanques de acero inoxidable, que son cada vez más comunes, se consideran de larga duración y amigables con el medio ambiente. Además, tienen pocos puntos débiles en su construcción. Las bacterias, los hongos y el crecimiento de las algas 33 FIBRAS Y NORMAS DE COLOMBIA S.A.S. Tanques de almacenamiento de agua, tipos, ventajas y desventajas. [en línea]. Fibras y normas de Colombia. [Consulta el 5 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <https://www.fibrasynormasdecolombia.com/terminos-definiciones/tanques-almacenamiento-agua-tipos-ventajas-desventajas/>.
59
son comunes en los otros tipos de tanques de almacenamiento de agua, pero no así en tanques de acero inoxidable. La principal desventaja puede ser el precio en comparación con los tipos de plástico y de fibra de vidrio.34
Las calderas o vaporizadores: se clasifican según diversos criterios, relacionados con la disposición de los fluidos y su circulación, el mecanismo de transmisión de calor dominante, aspectos estructurales, modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma de alimentación del agua y otros muchos factores. Para esclarecer las variantes en el lavado a vapor se presenta a continuación los tipos de combustibles utilizados en el quemador y los principios de operación existentes en las calderas35.
Existen muchas sustancias combustibles, tanto no renovables como renovables, pero no todas pueden usarse en procesos con fines prácticos o para utilizarse en calderas. En general, los combustibles se dividen según su estado físico en sólidos, líquidos y gaseosos y, asimismo, éstos pueden ser naturales o artificiales.
Fundamentalmente son dos los tipos de calderas de vapor que normalmente suelen utilizarse: Caldera de tubos de humo o pirotubulares y calderas de tubos de agua o Acuotubulares
Las calderas de tubos de humo o pirotubulares se pueden explicar como un cilindro compacto de agua, atravesado longitudinalmente por un haz de tubos por lo que circulan la llama y/o los humos. Lógicamente, los humos y la llama pasarán por el interior de los tubos de acero, los cuales estarán rodeados de agua.
El gran volumen de agua de estos equipos actúa como un almacén de energía proporcionando una respuesta adecuada para demandas puntuales y una mayor calidad del vapor. Algunas de las ventajas que presentan las calderas Pirotubulares:
- Menor coste inicial, debido a la simplicidad de diseño en comparación con las acuotubulares de igual capacidad. 34 IRWIN, Galey. Tanque de agua de acero inoxidables. [en línea]. eHow. [Consultado el 6 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <https://www.ehowenespanol.com/instalacion-tanque-agua-subterraneo-manera_360650/>.
35 ABARCA BAHAMONDES, Pedro. Descripción de calderas y generadores de vapor [En línea]. ACHS [Consultado el 28 de mayo del 2018]. Disponible en Internet: https://goo.gl/eNGF73
60
- Mayor flexibilidad de operación, ya que el gran volumen de agua permite absorber fácilmente las fluctuaciones en la demanda. - Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación porque las incrustaciones formadas en el exterior de los tubos son más fáciles de atacar y son eliminadas por las purgas. - Facilidad de inspección, reparación y limpieza.
Algunas desventajas: - Mayor tamaño y peso que las acuotubulares de igual capacidad. - Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. - Gran peligro en caso de exposición o ruptura, debido al gran volumen de agua almacenado. - No son empleadas para altas presiones. En el caso de las calderas acuotubulares, el agua está en la parte o casi toda contenida en haces de tubos de acero rodeados por la llama y los gases calientes de la combustión. Teniendo en cuenta el elevado número de tubos que pueden instalarse, la superficie de calefacción puede ser muy grande para dimensiones relativamente reducidas. Por esta razón, su puesta a régimen es muy rápida, teniendo la posibilidad de producir vapor a elevadas presiones. Algunas ventajas de las calderas acuotubulares:
- Menor peso por unidad de potencia generada. - Por tener pequeño volumen de agua en relación a su capacidad de evaporación, puede ser puesta en marcha rápidamente. - Mayor seguridad para altas presiones. - Mayor eficiencia. - Son inexplosivas
61
Algunas desventajas:
- Su coste es superior. - Deben ser alimentadas con agua de gran pureza, ya que las incrustaciones en el interior de los tubos son, a veces, inaccesibles y pueden provocar roturas de los mismos. - Debido al pequeño volumen de agua, le es más difícil ajustarse a las grandes variaciones del consumo de vapor, siendo necesario hacerlas funcionar a mayor presión de la requerida.
Las bombas generalmente se clasifican en bombas centrifugas y bombas de desplazamiento positivo o volumétricas. Factores como profundidad, altura y caudal hará a cada tipo de bombas más apropiada según el uso específico.
Las bombas centrífugas usan un impulsor giratorio para mover el agua en la bomba y presurizar el flujo de descarga. Pueden procesar todo tipo de líquidos (agua, vino, leche, etc.), incluso de baja viscosidad. Estas bombas funcionan adecuadamente con líquidos ligeros y altos caudales.
Las bombas de desplazamiento positivo o volumétrico suministran una cantidad fija de flujo mediante la contracción y expansión mecánica de un diafragma flexible. Pueden ser de tipo reciprocante o de tipo rotatorio, y son ideales en muchas industrias que manejan líquidos de alta viscosidad o donde están presentes sólidos sensibles. Se recomiendan para combinaciones de bajo caudal y alta presión, líquidos de alta viscosidad u otras aplicaciones.
Cuando la bomba de agua es accionada por electricidad, es decir, está cargada o conectada a un tomacorriente, es llamada Electrobomba. Este tipo de bombas incluyen a las bombas centrifugas, las bombas periféricas y sumergibles. Generalmente en las centrifugas se encuentran los motores de mayor potencia.36
36 YEPES PIQUERA, Víctor. Clasificación de las bombas hidráulicas. [en línea]. Universidad Politécnica de Valencia. [Consultado el 10 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <https://victoryepes.blogs.upv.es/2016/04/04/clasificacion-de-las-bombas-hidraulicas/>.
62
Ubicar en área designada: Tecnología utilizada para validar la ubicación del automóvil dentro de un área segura (tanto para usuario, como para equipo) y proceder a iniciar o finalizar el lavado de los automóviles.
- Los sensores de proximidad inductivos detectan objetos metálicos sin tocarlos. Esta tecnología se usa en aplicaciones en las que el objeto metálico que se debe detectar está dentro de una o dos pulgadas de la cara del sensor.37 - Los sensores ultrasónicos son dispositivos autónomos de estado sólido diseñados para la detección sin contacto de objetos sólidos y líquidos. Para muchas aplicaciones, tales como el monitoreo del nivel de agua en un tanque, la tecnología ultrasónica permite que un dispositivo haga el trabajo que de otro modo requeriría varios sensores.38 Procesamiento de señal de sensores: Para controlar los actuadores es necesario una unidad de procesamiento que permita acondicionar, controlar y monitorear las señales análogas y lógicas del sistema. A continuación, se investigan los posibles tipos de hardware utilizados en sistemas de control.
- PLC: un PLC es un controlador lógico programable el cual contiene todos los componentes y diferentes módulos que reciben la información de los sensores tanto del tipo análogo como del tipo digital y transmite una señal hacia los actuadores de acuerdo a las señales recibidas y procesadas por la CPU del equipo. 39 - Microcontrolador: Un microcontrolador es un circuito integrado que en su interior contiene una unidad central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de entrada y salida y periféricos. Estas partes están interconectadas dentro del microcontrolador, y en conjunto forman lo que se le conoce como microcomputadora. Se puede decir con toda propiedad que un
37 MECAFENIX. Frank. ¿Qué es un sensor inductivo? [en línea]. Ingeniería Mecafenix. [Consultado el 10 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <https://www.ingmecafenix.com/automatizacion/sensores/sensor-inductivo/>.
38 KEYENCE. ¿Qué es un sensor ultrasónico? [en línea] Keyence. [Consultado el 10 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <https://www.keyence.com.mx/ss/products/sensor/sensorbasics/ultrasonic/info/>.
39 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA, ELECTRICA Y DE CONTROL. Controladores industriales inteligentes. [En línea]. Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED). [Consultado el 10 de septiembre del 2018]. Disponible en internet: <http://www.ieec.uned.es/investigacion/Dipseil/PAC/archivos/Informacion_de_referencia_ISE6_1_1.pdf>.
63
microcontrolador es una microcomputadora completa encapsulada en un circuito integrado. El propósito fundamental de los microcontroladores es el de leer y ejecutar los programas que el usuario le escribe. El carácter programable de los microcontroladores simplifica el diseño de circuitos electrónicos. Permiten modularidad y flexibilidad, ya que un mismo circuito se puede utilizar para que realice diferentes funciones con solo cambiar el programa del microcontrolador.40 Basados en diferentes fuentes donde se realiza la comparación entre los anteriores sistemas de procesamiento se concluye que la elección adoptada es la del autómata programable debido a que la utilización del autómata programable frente a la utilización de otros sistemas tiene las siguientes ventajas: - El autómata programable es más rápido y eficaz para gobernar y enlazar todas las fases del lavado, pudiéndose ampliar y modificar su funcionamiento en cualquier momento, sin necesidad de añadir más aparatos ni de cambiar el cableado. - La lista de materiales utilizados queda reducida, con la siguiente reducción de posibles problemas y fallos de algunos de los componentes del conjunto - El autómata programable tiene una mayor economía de mantenimiento, ya que además de aumentar la fiabilidad del sistema, eliminamos la utilización de contactos móviles. - Con el autómata conseguimos un mínimo espacio de ocupación y un menor tiempo empleado en elaboración de proyectos debido a que no es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, la memoria y la rapidez de ejecución del programa nos permite evitar estas simplificaciones.
6.5.3. Diseño de conceptos
Concepto A: Este concepto se basa en el sistema de lavado tipo puente con el método de lavado en agua a presión, debajo del automóvil unas ranuras que conducen a un canal por el cual se va ir el agua que escurre el automóvil por sus bordes y demás estructura, luego, esta agua pasara por una etapa para el tratamiento de aguas residuales donde se realiza una depuración de elementos no
40 ROBOTICA Y MECATRONICA. ¿Qué es un microcontrolador? [en línea]. Robótica y Mecatrónica. [Consultado el 21 de mayo del 2019]. Disponible en internet: <https://www.electronicaestudio.com/que-es-un-microcontrolador/>.
64
deseados y un tratamiento para obtener un porcentaje de agua que pueda ser reutilizada en un próximo proceso.
Figura 18. Concepto A
Concepto B: Este concepto se basa en el sistema de lavado tipo túnel con el método de lavado con vapor de agua y rodillos de gamuza, y un secado mediante aire rápido. Debajo del automóvil se encuentra unos canales que se comunican con una etapa para el tratamiento del agua residual en el proceso y poder reutilizarla.
Figura 19 Concepto B
Concepto C: En este concepto se utiliza un sistema tipo túnel con método de lavado de vapor a presión y agua a baja presión, buscando no implementar el uso de químicos en el proceso y un sistema de secado de aire a presión, este sistema es basado en los sensores de proximidad debido y válvulas para poder alternar el uso del agua y el vapor.
65
Figura 20. Concepto C
Concepto D: Este diseño busca disminuir en mayor proporción el consumo de agua mediante el uso de un sistema tipo túnel con un método de lavado de vapor de agua a presión y rodillos de gamuza o espuma, contando con inyectores de auto disparo de esta manera se reduce carga en el sistema de control.
Figura 21. Concepto D
6.5.4. Pruebas
Una de las sub-funciones que puede ser critica porque hace parte esencial del proceso de lavado y que requiere un análisis con mayor detalle es el procesar agua y controlar la temperatura al igual que la sub-función control del bombeo del agua.
66
Las sub-funciones mencionadas hacen referencia a analizar en qué estado del agua y como se procesará para su utilización en la labor del lavado al igual de cómo se transportará al punto de trabajo final. Hay que tener en cuenta que al usar el agua en su estado líquido requiere diferente equipos y procesos que al usarla en estado de vapor.
El lavado de agua en su estado líquido a presión es convencional y no hay duda alguna de que realizara la tarea de la limpieza de una manera confortable, pero en estado de vapor se realizara una prueba para poder determinar si realiza cumple el objetivo de la limpieza de una manera óptima. Esta prueba se realiza con una maquina semiautomática para limpieza con vapor.
Figura 22. Inicio de prueba de limpieza con steamer DMF.
67
Figura 23. Final de prueba de limpieza con steamer DMF.
Al finalizar la limpieza con la maquina Steamer DMF se logra percibir que desprende la suciedad de manera fácil sosteniendo la boquilla de salida del vapor aproximadamente a una distancia entre 10 y 15 centímetros. En el anexo A se encuentran las especificaciones de la máquina para obtener datos como presión, temperatura y el flujo másico.
6.6. SELECCIÓN DEL CONCEPTO
El método de selección de concepto implementado en el desarrollo del sistema mecatrónico es con el uso de las matrices de decisión que evalúa cada concepto con respecto a un conjunto de criterios de selección que son obtenidos de la necesidad percibas de los usuarios y clientes.
El método de las matrices de decisión consta de dos etapas. La primera etapa es el filtrado de conceptos que tiene como finalidad reducir rápidamente el número de concepto y mejorarlos y la segunda etapa es la evaluación de conceptos en esta etapa se utiliza una mayor resolución para lograr una mejor diferencia entre los conceptos que compiten.
Ambas etapas siguen un proceso de seis pasos que son los siguientes:
- Elaborar la matriz de selección. - Evaluar los conceptos. - Ordenar los conceptos.
68
- Combinar y mejorar los conceptos. - Seleccionar uno o más conceptos. - Reflexionar sobre los resultados y el proceso.
6.6.1. Filtrado de conceptos.
Para el primer paso de elaborar la matriz de selección se selecciona un concepto de referencia o una comparación (benchmark) contra el cual se evalúan todos los otros conceptos. En este caso se utiliza como referencia un producto de comparación que se encuentra disponible en el mercado que es la leisuwash leibao 360.
Una evaluación relativa de “mejor que” (+), “igual a” (0), o “peor que” (–) se pone en cada celda de la matriz para representar cómo se evalúa cada concepto en comparación con el concepto de referencia.
Tabla 12. Matriz de filtrado de conceptos.
69
De la tabla 10 se observó que el concept B y C se pueden combinar debido que, aunque el concepto C tuvo mayor cantidad de puntos fuertes que el concepto B la evaluación neta fue la misma y es precisamente en los puntos débiles del concepto C donde el concepto B es más fuerte. Así que al combinarse se eliminarían algunas evaluaciones “peor que” y obtendríamos un nuevo concepto BC.
El concepto D se revisa en los aspectos donde la evaluación fue “peor que” antes de ir a la matriz de evaluación de concepto. En el criterio de selección “tiempo de proceso de lavado” no se puede realizar mucho debido a que este está ligado con la calidad del lavado y el tipo de tecnología de lavado, pero en el “consumo de energía” se plantea utilizar un variador de frecuencia para mejorar la eficiencia de los motores utilizados en el proyecto y de válvulas mecánicas en los sub-sistemas de salida del vapor para minimizar el consumo de energía.
6.6.2. Evaluación de conceptos
Tabla 13. Matriz de evaluación de conceptos
En conclusión, de acuerdo a la anterior matriz de evaluación el concepto a desarrollar es el concepto D (figura 21) con una mejora en el consumo de la energía.
70
6.7. DISEÑO DEL CONCEPTO FINAL: SELECCIÓN DE SOPORTE ESTRUCTURAL, MECANISMOS Y EQUIPOS.
A continuación, se realiza la selección de los equipos, material e instrumentación requerida para el diseño del sistema mecatrónico de lavado. Figura 24. Croquis del concepto a desarrollar
El concepto seleccionado a desarrollar estaría compuesto por diferentes equipos, instrumentos y demás, para ello es necesario diferenciar que se requieren dos zonas para el desarrollo del sistema mecatrónico. La zona A esta encargada del proceso y control, en ella es donde se ubicarán diferentes equipos como el sistema de control y monitoreo, el tanque de agua, la bomba y la caldera. La zona B es la encargada de la operación del lavado es un sistema dinámico que estaría conformada de actuadoras y sensores.
Al observar el concepto seleccionado a desarrollar se percibe que el factor crítico en el diseño es la generación del vapor, debido a que este realiza la función primordial en el lavado del automóvil, por ello es necesario establecer qué tipo de estado de vapor se utilizara en el proceso y cuáles serán los parámetros para su correcto transporte garantizando la presión necesaria en la boquilla de salida y de esa manera poder realizar una labor de manera eficiente.
Dado lo anterior, es de conocimiento que, si el agua es calentada más por sobre su punto de ebullición, esta se convierte en vapor, o agua en estado gaseoso. Sin embargo, no todo el vapor es el mismo. Las propiedades del vapor varían de gran forma dependiendo de la presión y la temperatura la cual está sujeto.
71
Al realizar la selección del estado del vapor se tendrán algunas especificaciones que ayudarán a la hora de la selección de la caldera para la generación de vapor. El vapor de agua tiene dos estados que son los siguientes:
- Vapor sobre calentado: es utilizado para producir movimientos mecánicos, especialmente utilizado en las turbinas de vapor en generación de energía eléctrica. Hoy por hoy las presiones en las que se utiliza este vapor están entre los 22 bar hasta 250 bar.41 Los valores relacionados con este estado de vapor tienen una gran diferencia a los valores de las tablas de vapor saturado debido a que la temperatura del vapor sobre calentado puede variar considerablemente para una misma presión. De hecho, el número de combinaciones temperatura-presión es tan grande que es muy difícil recolectarlos todos en una sola tabla. - Vapor saturado o húmedo: este es el estado de vapor más común en la industria. El vapor en el estado de saturación está compuesto de agua en la fase liquida y de agua en la fase gaseosa. La ventaja de este tipo de vapor es la rapidez con la que entrega su energía (calor) al medio, y una vez que entrega la energía cambia de estado, convirtiéndose nuevamente en agua (condensado). Las presiones más usuales en las que este tipo de vapor se maneja son desde 5 bar hasta 21 bar máximo.42 Para determinar la temperatura de saturación del vapor a partir de la presión del vapor o viceversa se utiliza una tabla de vapor saturado que además de que incluyen los valores de presión y temperatura también hay valores como la entalpía especifica (h) y volumen especifico (v). A continuación, se observa una sección de la tabla del Anexo A donde las temperaturas son mayores ya al punto de ebullición.
41 TLV COMPAÑIA ESPECIALISTA EN VAPOR. Tipos de vapor de agua. [en línea]. TLV. [Consultado el 7 de octubre del 2018]. Disponible en internet: <https://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html>.
42 TLV COMPAÑIA ESPECIALISTA EN VAPOR. Tipos de vapor de agua. [en línea]. TLV. [Consultado el 7 de octubre del 2018]. Disponible en internet: <https://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html>.
72
Tabla 14. Líquido y vapor de agua saturado: tabla de presiones
Fuente: Ingeniería térmica y de fluidos [En línea]. Universidad de Cantabria [Consultado el 3 de diciembre del 2018]. Disponible en Internet : <https://personales.unican.es/renedoc/Trasparencias%20WEB/Trasp%20Termo%20y%20MF/00%20GRADOS/Tablas%20Termo.pdf>
6.7.1. Selección del estado del vapor
Al observar las características de cada estado de vapor, permite diferenciar cuales son los diferentes tipos de usos para cada uno de ellos. El vapor sobre calentado es utilizado frecuentemente para el impulso o movimiento de turbinas o bombas, también tienen un uso doméstico en hornos para deshidratación donde su control de temperatura es mucho más fácil porque no supera los 800°C.43
43 TLV COMPAÑIA ESPECIALISTA EN VAPOR. Aplicaciones principales para el vapor de agua. [en línea]. TLV. [Consultado el 9 de octubre del 2018]. Disponible en internet: < https://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/principal-applications-for-steam.html>.
73
En cambio, el vapor saturado es utilizado principalmente para labores de limpieza, hidratación, humidificación e intercambiador de calor, de esta manera se percibe que este es el estado de vapor que más se adecua a nuestras necesidades. Seleccionando entonces el estado de vapor saturado o húmedo.44
Usualmente en el circuito de las tuberías para el transporte del vapor saturado se encuentran diferentes dispositivos como eliminadores de aire y purgadores de agua, esto es implementado de acuerdo a las especificaciones que cada usuario requiere. En el caso del diseño a desarrollar no se implementará ninguno de estos dispositivos porque las partículas de agua presentes en el vapor saturado en conjunto con la presión y la transferencia de calor son las que realizaran la labor de desprender la suciedad de los automóviles.
6.7.2. Selección de la caldera de vapor
La caldera es la encargada de la generación del vapor que se implementara en la labor de la limpieza, para la selección de la caldera se toman diferentes especificaciones. Una de las especificaciones primordiales de acuerdo a la línea de enfoque del diseño del sistema, es que la caldera que se seleccionará deberá usar como combustible el gas natural que es mucho más amigable con el medio ambiente y como enfoque a las necesidades implícitas del proyecto, además también es de los combustibles más económico.
Las otras características técnicas a tener en cuenta en la selección de la caldera son la presión y la producción de vapor o caudal másico. La presión para el diseño es de 9 bar tomando como referencia la presión de la maquina con la que se hicieron pruebas para el lavado a vapor (6.5.4 Pruebas). Se decide que sea un poco más alta que las especificaciones de la maquina por perdidas de presión en el transporte y porque en el diseño del concepto a la salida del vapor se llevara un control para tener una constante distancia con la superficie y no realizar pequeñas aproximaciones como se realiza en las pruebas manuales.
Definiendo que la presión de servicio (PS) es de 9 bar en promedio para garantizar una limpieza de una eficacia similar a la realizada en la prueba. Aunque no son largas distancias para el transporte del vapor se genera una pérdida de presión desde su punto de origen que es la caldera y en los medios por el que se transporta
44 TLV COMPAÑIA ESPECIALISTA EN VAPOR. Aplicaciones principales para el vapor de agua. [en línea]. TLV. [Consultado el 9 de octubre del 2018]. Disponible en internet: < https://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/principal-applications-for-steam.html>.
74
como la manguera y tubería, de esta manera se calcula una presión de diseño para la selección de la caldera.
𝑃𝑃𝑃𝑃 = 1,1𝑥𝑥𝑃𝑃𝑆𝑆 = 1,1𝑥𝑥9 = 9,9 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒
Para la producción del vapor se basa en las especificaciones de la Steamer con la que se realizó la prueba de lavado y donde su caudal másico es 196.32 lb/h este caudal permite la operación eficiente con dos salidas de vapor, es decir que basado en el sistema cada salida de vapor lleva un flujo másico aproximadamente de 100 lb/h garantizando una limpieza efectiva.
El diseño del sistema de lavado propuesto cuenta con dos sub-sistemas independientes para abarcar la limpieza del automóvil desde diferentes ángulos, el sub-sistema vertical cuenta con 12 orificios de salida para el vapor, es decir, que se requiere un flujo másico aproximado a 1200 lb/h (544.3 Kg/h) en este sub-sistema. Ahora en el sub-sistema horizontal hay 22 orificios de salida del vapor requiriendo un flujo másico aproximadamente 2200 lb/h (997.9 Kg/h), todo esto para garantizar una limpieza de la misma calidad que la prueba realizada con la Steamer, es decir, que se requiere un flujo másico total de 3400 lb/h. Al realizar la conversión a Kg nos da un total de 0.428Kg/s (1542.2 Kg/h).
𝐹𝐹𝑝𝑝𝑚𝑚𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝 = 𝑐𝑐𝑝𝑝𝑚𝑚𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝 + 𝑐𝑐𝑝𝑝𝑚𝑚𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝
𝐹𝐹𝑝𝑝𝑚𝑚𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝 = 544,3𝐾𝐾𝐾𝐾ℎ
+ 997,9𝐾𝐾𝐾𝐾ℎ
= 1542.2𝐾𝐾𝐾𝐾ℎ
Con estos datos se realiza una investigación a diferentes catálogos de proveedores de calderas de vapor para encontrar una que se aproxime en mayor medida a las características técnicas establecidas para satisfacer nuestras necesidades de diseño. Después de la búsqueda se encuentra los generadores de vapor Acuotubulares VYC específicamente la serie de generadores de vapor Modelo HK-1600.
Este modelo de generador satisface con una capacidad de producción de 1600 kg/h, con o sin periodos de interrupción, de una manera rápida y eficiente. Puede trabajar como generador principal o auxiliar, con una presión regulable hasta máximo 16 bar.
75
Figura 25. Estructura del generador de vapor Modelo Hk.
Fuente: Calderas de vapor [En línea]. VYC industrial [Consultado el 12 de diciembre del 2018]. Disponible en Internet : <https://vycindustrial.com/calderas/vapor/> Figura 26. Características técnicas del generador de vapor Modelo Hk.
Fuente: Catalogo de generador de vapor Modelo HK [En línea]. VYC industrial [Consultado el 12 de diciembre del 2018]. Disponible en internet: http://aguapurvapor.cl/wp-content/uploads/2016/09/GENERADOR-DE-VAPOR-HK-250-A-2500-KG-VAPOR-H.pdf Comparando los datos técnicos de la caldera seleccionada con las especificaciones de nuestro diseño conceptual se observa que la presión máxima puede ser hasta de 16 bar, pero se puede regular la presión hasta llegar a la presión de diseño deseada, también se obtiene el consumo aproximado de los combustibles para la caldera y tenemos el valor de las tuberías de la línea de vapor que es de un diámetro nominal de 32mm y una conexión de agua de 1 pulgada(25,2mm).
76
6.7.3. Calculo y selección de tuberías
El vapor a alta presión ocupa menos volumen por kilogramo que el vapor a baja presión. Por lo tanto, el vapor generado en una caldera a su presión máxima requiere para su distribución un tamaño de tuberías mucho menor para cualquier caudal con una presión mucho menor a la máxima. En la figura 27 se ilustra el comportamiento de la presión y el volumen especifico basados en los datos de la tabla 12.
Figura 27. Presión Vs Volumen especifico
Fuente: Factores de presión para el dimensionado de tubería [en línea]. Universidad de Granada [Consultado el 7 de febrero del 2019]. Disponible en internet: <https://www.ugr.es/~aulavirtualpfciq/descargas/documentos/BOMBAS%20Y%20TUBERIAS.pdf> Se calcula el diámetro de la tubería y/o mangueras que llevara el flujo de vapor desde la caldera hasta el sistema de lavado tipo puente ahí se distribuye el vapor para los dos sub-sistemas encargados de la salida del vapor, requiriendo el diámetro de las mangueras para cada sub-sistema debido que manejan diferentes caudales másicos. Se define los parámetros para hallar los diferentes diámetros de las tuberías.
- Velocidad del flujo (C): las velocidades recomendadas para el vapor saturado se encuentran entre 15 – 40 m/s, definiendo una velocidad de 30 m/s - Volumen especifico (V): El volumen especifico se obtiene de las tablas de vapor que se encuentran en el Anexo B y se utiliza como referencia la presión de diseño gracias a que la presión de la caldera seleccionada se puede regular. el volumen encontrado en las tablas de vapor a una presión de 10 bar es de 0,177 m3/Kg.
77
- Flujo másico principal (ṁp): El flujo másico según las especificaciones técnicas que se usaron para la selección de la caldera es de 0,428 Kg/s (1542,2 Kg/h) - Caudal volumétrico principal (Ṽp):
Ṽp = (ṁp)(V) = �0,428Kgs� �0,177
𝑡𝑡3
𝐾𝐾𝐾𝐾� = 𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎
𝒎𝒎𝟑𝟑
𝒔𝒔
Con la anterior información seguimos el siguiente proceso matemático para calcular el diámetro interior de la tubería. Se calcula el diámetro interior de la tubería para llevar el vapor al sistema tipo puente
𝑆𝑆𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝 =𝐶𝐶𝑡𝑡𝑚𝑚𝑑𝑑𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑁𝑁𝑜𝑜𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡é𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜(Ṽp)𝑉𝑉𝑑𝑑𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑐𝑐𝑝𝑝𝑚𝑚𝐹𝐹𝑜𝑜 (C)
𝑆𝑆𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝 =(𝜋𝜋)(𝑃𝑃𝑝𝑝2)
4=
0,0757 �𝑡𝑡3
𝑚𝑚 �
30 �𝑡𝑡𝑚𝑚 �
𝑃𝑃𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑜𝑜 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 = 𝑃𝑃𝑝𝑝 = �(4)(0,0757)
(𝜋𝜋)(30)
𝑃𝑃𝑝𝑝 = 0,0566 𝑡𝑡 ó 56,6𝑡𝑡𝑡𝑡
56.6 mm es el valor del diámetro interno de la tubería para poder transportar el caudal volumétrico requerido de la caldera a los respectivos sub-sistemas de la manera más óptima.
- Flujo másico sub-sistema vertical (ṁv): El flujo másico para el sub-sistema vertical es de 0,151 Kg/s (544,3 Kg/h) - Caudal volumétrico sub-sistema vertical (Ṽv):
Ṽv = (ṁv)(V) = �0,151Kgs� �0,177
𝑡𝑡3
𝐾𝐾𝐾𝐾� = 𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎
𝒎𝒎𝟑𝟑
𝒔𝒔
78
Seguimos el siguiente proceso matemático para calcular el diámetro interior de la tubería del sub-sistema vertical.
𝑆𝑆𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝 − 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝 =𝐶𝐶𝑡𝑡𝑚𝑚𝑑𝑑𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑁𝑁𝑜𝑜𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡é𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜 (Ṽv)𝑉𝑉𝑑𝑑𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑐𝑐𝑝𝑝𝑚𝑚𝐹𝐹𝑜𝑜 (C)
𝑆𝑆𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝 − 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝 =(𝜋𝜋)(𝑃𝑃𝑁𝑁2)
4=
0,0267 �𝑡𝑡3
𝑚𝑚 �
30 �𝑡𝑡𝑚𝑚 �
𝑃𝑃𝑁𝑁 = 𝑃𝑃𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑒𝑒𝑜𝑜 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝
𝑃𝑃𝑁𝑁 = �(4)(0,0267)
(𝜋𝜋)(30) 𝑃𝑃𝑁𝑁 = 0,0336 𝑡𝑡 ó 33,6𝑡𝑡𝑡𝑡
33.6mm es el valor del diámetro interno de la tubería para transportar el flujo másico hacia el sub-sistema vertical.
- Flujo másico sub-sistema horizontal (ṁh): El flujo másico para el sub-sistema horizontal es de 0,277 Kg/s (997,9 Kg/h) - Caudal volumétrico sub-sistema horizontal (Ṽh):
Ṽh = (ṁh)(V) = �0,277Kgs� �0,177
𝑡𝑡3
𝐾𝐾𝐾𝐾� = 𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎
𝒎𝒎𝟑𝟑
𝒔𝒔
Seguimos el siguiente proceso matemático para calcular el diámetro interior de la tubería del sub-sistema vertical.
𝑆𝑆𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝 − 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝 =𝐶𝐶𝑡𝑡𝑚𝑚𝑑𝑑𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑁𝑁𝑜𝑜𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡é𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜 (Ṽh)𝑉𝑉𝑑𝑑𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑐𝑐𝑝𝑝𝑚𝑚𝐹𝐹𝑜𝑜 (C)
𝑆𝑆𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝 − 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝 =(𝜋𝜋)(𝑃𝑃ℎ2)
4=
0,0490 �𝑡𝑡3
𝑚𝑚 �
30 �𝑡𝑡𝑚𝑚 �
79
𝑃𝑃ℎ = 𝑃𝑃𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑒𝑒𝑜𝑜 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝
𝑃𝑃ℎ = �(4)(0,0490)
(𝜋𝜋)(30) 𝑃𝑃ℎ = 0,0456 𝑡𝑡 ó 45,6𝑡𝑡𝑡𝑡
45.6mm es el valor del diámetro interno de la tubería que transporta el flujo másico hacia el sub-sistema horizontal.
Figura 28. Vista superior conexión de mangueras en sistema móvil.
Algo a tener en cuenta es que si se usa una tubería o manguera que transporta el flujo másico principal acorde a la conexión de salida del vapor de la caldera donde el diámetro es de 32 mm, la conexión estaría sub-dimensionada, lo ideal es tratar de optimizar en cada aspecto. La sub-dimensión de una tubería para el transporte de vapor trae consigo los siguientes efectos:
- El volumen del vapor será insuficiente en el punto de utilización. - La velocidad del vapor y la caída de presión serán mayores, generando una presión inferior a la que se requiere en el punto de utilización. - Habrá un mayor riesgo de erosión, golpe de ariete y ruidos, a casa del aumento de velocidad. Para corregir el sub-dimensionado se utilizan unos reductores concéntricos para adecuar la conexión de la salida del vapor a la tubería teóricamente calculada.
80
Figura 29. Reductor concéntrico
Fuente: Reductor Clamp de acero inoxidable [En línea]. DIISA [Consultado el 4 de diciembre del 2018]. Disponible en Internet: < https://goo.gl/hFcWnL > Con el diámetro calculado se realiza una búsqueda de la tubería que cumpla con las anteriores especificaciones, es decir, que soporte la presión de trabajo, la temperatura y que tenga un diámetro aproximado al calculado, además, se debe tener en cuenta una característica muy relevante y es que no se puede utilizar tubería rígida en todo el trayecto ya que va conectado a un sistema dinámico, es decir, que realiza un movimiento continuo. Al realizar la investigación de tuberías que cumplan las especificaciones requeridas se hallan con las mangueras metálicas flexibles.
Las mangueras metálicas flexibles son fabricadas con fuelle en aceros inoxidables tipo austeníticos AISI tipo 304, 304L, 316, 316L y 321; normalmente tienen una o dos mallas externas en acero inoxidable 304, que impiden el estiramiento axial del fuelle, por presión interna. Son ideales para aplicaciones dinámicas en donde se necesite conducir un fluido entre un punto estático de la tubería y otro que se mueve”45
45 FLEXILATINA, Ingeniería y representaciones. Mangueras Metálicas Flexibles. [En línea]. Flexilatina. [Consultado el 21 de diciembre del 2018] < https://goo.gl/6y4ytD>
81
Tabla 15. Catalogo técnico de mangueras metálicas flexibles
Fuente: Manguera metálica flexible [En línea]. FlexiLatina – Ingeniería y representaciones [Consultado el 21 de diciembre del 2018]. Disponible en Internet: <https://goo.gl/jEaboJ > De la tabla anterior se observa que la manguera metálica de diámetro nominal de 50 mm (2 pulgadas) es la que más se adecua a la tubería principal calculada debido a que su diámetro interior es de 52,5mm, ahora, teniendo en cuenta la presión de trabajo se selecciona la manguera que posee una malla externa debido a que la máxima presión nominal seria de 24,6 bar dejando un buen margen de seguridad tanto para nuestra presión de trabajo como para la presión máxima de la caldera.
Respecto a la manguera para el sub-sistema vertical se selecciona la manguera del diámetro nominal de 32 mm donde su diámetro interno es muy aproximado al teóricamente calculado.
La manguera seleccionada para el sub-sistema horizontal es la de un diámetro nominal de 40 mm donde su diámetro interno es el más cercano al teóricamente calculado. Todas las mangueras deben poseer una malla externa para la presión de trabajo.
82
6.7.4. Soporte estructural del concepto a desarrollar.
El sistema requiere un esqueleto metálico que se encargara de darle rigidez, además, de soportar el peso de los mecanismos y los diferentes dispositivos que hacen parte del funcionamiento adecuado del sistema mecatrónico.
Figura 30. Estructura del sistema
La estructura se encontrará en un ambiente donde se trabajará con humedad por ende se descarta el uso del aluminio como material para la estructura que, aunque tenga como beneficio un peso y precio más bajo, no es resistente a la corrosión como el acero inoxidable.
Para ello se selecciona un perfil estructural de 2” x 2” para la construcción de la estructura de soporte, teniendo en cuenta el diseño del concepto y con los datos obtenidos de la tabla de especificación del perfil estructural se obtiene la masa aproximado de la estructura.
𝑀𝑀𝑡𝑡𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑜𝑜𝑝𝑝𝑜𝑜𝑒𝑒𝑡𝑡𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑡𝑡𝑚𝑚𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑚𝑚𝑝𝑝𝑡𝑡𝑚𝑚𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝 = �3,31𝐾𝐾𝐾𝐾𝑡𝑡� (80.24𝑡𝑡) = 265.6 𝐾𝐾𝐾𝐾
83
Tabla 16. Especificaciones tubo estructural
Fuente: Tubería estructural o perfil estructural [En línea]. Soluciones tubulares [Consultado el 28 de enero del 2019]. Disponible en Internet: https://solucionestubulares.com/pdf/tuberia-estructural.pdf Con la estructura diseñada se requiere unas láminas de acero inoxidable para dar una base de apoyo a los diferentes dispositivos y mecanismos que van en el sistema, para ello se selecciona una lámina de acero inoxidable de grado 316L con un espesor de 2mm, este acero contiene una aleación que mejora drásticamente la resistencia a la corrosión en comparación con el acero inoxidable grado 304 comúnmente utilizado.
El cálculo del peso de la lámina de acero inoxidable está definido por la siguiente ecuación.
𝑃𝑃𝑑𝑑𝑚𝑚𝑜𝑜 𝑆𝑆𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡 = 𝐴𝐴𝑝𝑝𝑝𝑝ℎ𝑜𝑜 𝑥𝑥 𝑆𝑆𝑡𝑡𝑒𝑒𝐾𝐾𝑜𝑜 𝑥𝑥 𝑃𝑃𝑑𝑑𝑚𝑚𝑜𝑜 𝐸𝐸𝑚𝑚𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑥𝑥 𝐶𝐶𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒𝑑𝑑 El peso específico para la lámina de acero inoxidable de grado 316L es de 7,98 𝑔𝑔
𝑐𝑐𝑚𝑚3 Y el calibre que se selecciona es de 2 mm, los datos restantes son tomados del diseño del concepto.
84
Las mangueras metálicas requieren un soporte para brindarle mayor estabilidad y evitar problemas con la instalación o con la misma integridad de las mangueras, para ello se utilizarán cadenas porta cables.
Figura 31. Cadena porta cables MP72
Fuente: Cadena porta cables [En línea]. Murrplastik [Consultado el 12 de febrero del 2019]. Disponible en Internet: <https://www.murrplastik.de/es/productos/cadenas-portacables/efk-mp-72/> En la selección de las cadenas porta cables hay que tener en cuenta que la altura interior de la cadena debe ser mayor al diámetro exterior de las mangueras flexibles seleccionadas (se puede observar en la Figura 31). Por ende, se selecciona la cadena porta cables MP72 con una altura interior de 72mm para la manguera flexible de diámetro nominal de 50mm, La cadena MP52,4 con una altura de 48mm para la manguera flexible con un diámetro nominal de 32mm y la cadena porta cables MP62.1 con una altura interior de 62mm para la manguera con un diámetro nominal de 40mm.
6.7.5. Selección de componentes para los subsistemas encargados de la limpieza del automóvil
Sistemas de inyección de vapor: En el concepto seleccionado el sistema dinámico que se encarga del lavado de los automóviles cuenta con dos subsistemas que son los encargados de la inyección del vapor. Estos subsistemas son una barra horizontal y una barra vertical con unos inyectores de vapor de auto-actuación, es decir, una vez que se alcanza una presión de vapor determinada en el punto donde se encuentra el inyector este permite su salida, teniendo en cuenta lo anterior se selecciona un inyector de auto-actuado que trabaje con la presión más cercana a la presión de servicio que definimos anteriormente, es decir, una presión de 9bar.
Los inyectores de vapor IN25M seleccionados son de la compañía Spirax Sarco, se encuentran disponibles para instalación por atornillado o soldadura a tope.
85
Figura 32. Especificaciones Inyectores de vapor
Fuente: Steam injectors [En línea]. Spiraz sarco [consultado 20 de febrero del 2019]. Disponible en Internet: <http://www.spiraxsarco.com/Documents/TI/P401_05.pdf> Subsistema vertical de inyección de vapor: El subsistema consta de un perfil estructural cuadrado de 3”x3” adecuado para contener el vapor en el cual se instalan 12 inyectores de vapor IN25M por atornillado para facilitar mantenimiento o repuestos en caso de que sea necesario y una conexión tipo brida para la manguera flexible por la que llega el suministro del vapor, este subsistema es el encargado de suministrar el vapor para la limpieza de las superficies lateral, frontal y trasera del carro.
86
Figura 33. Subsistema vertical de inyección de vapor
Subsistema horizontal de inyección de vapor: Este subsistema cuenta con el acople por medio de atornillado de 22 inyectores, donde cada inyector se encuentra separado por 15 cm, de la misma manera cuenta con la brida para la conexión de la alimentación de vapor.
Figura 34. Subsistema horizontal de inyección de vapor
Subsistema de rodillos de espuma: Un punto clave en el lavado a vapor es que conforme se va desprendiendo la suciedad y va corriendo con el agua condensada se debe realizar un seguimiento para retirar los excesos de suciedad y agua condensada evitando que queden residuos en la superficie del automóvil y se logre una limpieza óptima.
87
Para ello se utilizará rodillos de espuma EVA que giraran en su eje de acero inoxidable para cumplir la labor de retirar los residuos. En el concepto de diseño a desarrollar se tiene el uso de 3 rodillos de espuma, uno que se encuentra paralelo al subsistema de inyección de vapor horizontal y dos que se encuentran de manera vertical a cada lado del automóvil.
Figura 35. Subsistema de rodillos
Una vez seleccionado los componentes y diseñados los diferentes subsistemas encargados en la limpieza es necesario obtener los datos del peso para la selección de los mecanismos y motores que moverán estos sistemas. En la siguiente tabla se especifica el peso de cada componente y el subsistema en general.
Tabla 17. Masa de los diferentes subsistemas.
Componente Masa Cantidad Masa total
Subsistema vertical de inyección de vapor Inyectores 0,8Kg 12 9,6Kg
Brida diámetro 3” 0,4Kg 1 0,4Kg Tubo Estructural Cuadrado 3,35Kg/m 2m 6,7Kg
Masa total Subsistema Vertical 16,7Kg Subsistema horizontal de inyección de vapor Inyectores 0,8Kg 22 17,6Kg
Brida diámetro 3” 0,4Kg 1 0,4Kg Tubo Estructural Cuadrado 3,35Kg/m 3,3m 11,055Kg
Masa total Subsistema Horizontal 29,055Kg Subsistema de rodillos
Espuma EVA 0,03Kg 50 1,5Kg Eje Aluminio 3,9Kg/m 3,3m 12,87Kg
Bridas diámetro externo 3” 0,4Kg 2 0,8Kg Masa Total Subsistema rodillos 15,17Kg
88
6.7.6. Selección de mecanismos del concepto a desarrollar.
El concepto a desarrollar cuenta con un sistema dinámico que es el encargado de realizar la operación de limpieza, este sistema está conformado por diferentes subsistemas y equipos que actúan en conjunto para lograr un resultado óptimo, para ello es necesario seleccionar los mecanismos que se encargaran de mover estos subsistemas. En el anexo G. se encuentran indicadas las medidas generales del sistema mecatrónico.
Figura 36. Indicación de desplazamiento de los subsistemas
6.7.6.1. Tornillo de potencia o mecanismo tornillo-tuerca.
los tornillos de potencia son aquellos destinados a la transmisión de potencia y movimiento, y que generalmente se utilizan para convertir un movimiento angular o de giro en este caso proveniente de un motor, en un movimiento de traslación o lineal, es muy usual el empleo de mecanismos constituidos por tornillos de potencia para la elevación o traslado de cargas, debido a que permiten desarrollar grandes fuerzas a lo largo de su eje.46
Como se puede observar en la figura anterior se requiere un mecanismo para realizar traslaciones del subsistema vertical de inyección de vapor en el eje X y se requieren dos mecanismos que funcionen de manera independiente que realicen
46 BUDYNAS, Richard G., NISBETT, J. Keith., Mecánica de los tornillos de potencia. En: Diseño de ingeniera mecánica de shigley. 8 ed. Mc Graw-Hill. 402p.
89
elevaciones y descensos de carga para el subsistema horizontal de inyección de vapor y el subsistema de rodillos.
Como criterio de diseño se selecciona un tornillo o barra roscada con un diámetro de 39mm y un paso de 4mm, con estos datos y el peso de los subsistemas que se desean mover se realizara el cálculo del par de torsión que se requiere para poder superar la fricción de la rosca y mover las cargas.
Figura 37. Parte de un tornillo de potencia y diagrama de fuerzas
Fuente: BUDYNAS, Richard G., NISBETT, J. Keith., Mecánica de los tornillos de potencia. En: Diseño de ingeniera mecánica de shigley. 8 ed. Mc Graw-Hill. 401p.
La ecuación para calcular el par de torsión necesario es la siguiente:
𝑃𝑃𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑒𝑒𝑚𝑚𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 = 𝑇𝑇 = �𝐹𝐹.𝑑𝑑𝑡𝑡
2� �𝑝𝑝 + 𝜋𝜋. 𝜇𝜇.𝑑𝑑𝑡𝑡𝜋𝜋.𝑑𝑑𝑡𝑡 − 𝜇𝜇.𝑝𝑝
�
𝐹𝐹 = 𝐶𝐶𝑡𝑡𝑒𝑒𝐾𝐾𝑡𝑡 = 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑥𝑥 𝐾𝐾𝑒𝑒𝑡𝑡𝑁𝑁𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑 = 𝑡𝑡 𝑥𝑥 9,8 𝑡𝑡𝑚𝑚2
𝑇𝑇 = 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑒𝑒𝑚𝑚𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑒𝑒𝑑𝑑𝑟𝑟𝑚𝑚𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑑𝑑𝑜𝑜 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑁𝑁𝑡𝑡𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝐾𝐾𝑡𝑡 𝐹𝐹 𝑝𝑝 = 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑚𝑚𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑒𝑒𝑜𝑜𝑚𝑚𝑝𝑝𝑡𝑡 = 4𝑡𝑡𝑡𝑡
𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝑑𝑑𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑒𝑒𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑒𝑒𝑜𝑜𝑚𝑚𝑝𝑝𝑡𝑡 = 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥 −𝑝𝑝2
= 39𝑡𝑡𝑡𝑡 −4𝑡𝑡𝑡𝑡
2= 37𝑡𝑡𝑡𝑡
90
𝜇𝜇 = 𝑝𝑝𝑜𝑜𝑑𝑑𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑜𝑜𝑐𝑐𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑡𝑡𝑜𝑜 = 0,2
Par de torsión para subsistema vertical de inyección de vapor
𝐹𝐹𝑁𝑁 = 𝐶𝐶𝑡𝑡𝑒𝑒𝐾𝐾𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝
𝐹𝐹𝑁𝑁 = (16,7 𝐾𝐾𝐾𝐾) �9,8𝑡𝑡𝑚𝑚2� = 163,66 𝑁𝑁 = 0,163 𝑘𝑘𝑁𝑁
𝑇𝑇𝑁𝑁 = 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑒𝑒𝑚𝑚𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝
𝑇𝑇𝑁𝑁 = �𝐹𝐹.𝑑𝑑𝑡𝑡
2� �𝑝𝑝 + 𝜋𝜋. 𝜇𝜇.𝑑𝑑𝑡𝑡𝜋𝜋. 𝑑𝑑𝑡𝑡 − 𝜇𝜇.𝑝𝑝
�
𝑇𝑇𝑁𝑁 = �(0,163)(37)
2��
4 + �(37)(0,2𝜋𝜋)�37𝜋𝜋 − (0,2)(4) � = (3,0155) �
27.24115.44
� = 𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟕𝟕𝟕𝟕 [𝑵𝑵.𝒎𝒎]
Se calcula la potencia necesaria por un motor para desplazar el subsistema
𝑃𝑃𝑁𝑁(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑃𝑃𝑜𝑜𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑘𝑘𝑊𝑊
𝑃𝑃𝑁𝑁(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑇𝑇.𝑤𝑤 =(2𝜋𝜋)(𝑇𝑇)(𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡)
60=
(2𝜋𝜋)(0,711)(600)60
= 0,44 𝑘𝑘𝑊𝑊
𝑃𝑃𝑁𝑁(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑃𝑃𝑜𝑜𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑑𝑑𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝐻𝐻𝑃𝑃
𝑃𝑃𝑁𝑁(𝐻𝐻𝐻𝐻) =𝑃𝑃𝑁𝑁(𝑘𝑘𝑘𝑘)
0,74569=
0,440,74569
= 0,59 𝐻𝐻𝑃𝑃
• Par de torsión para subsistema horizontal de inyección de vapor
𝐹𝐹ℎ = 𝐶𝐶𝑡𝑡𝑒𝑒𝐾𝐾𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝
𝐹𝐹ℎ = (29,055 𝐾𝐾𝐾𝐾) �9,8𝑡𝑡𝑚𝑚2� = 284.7 𝑁𝑁 = 0,284 𝑘𝑘𝑁𝑁
91
𝑇𝑇ℎ = 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑒𝑒𝑚𝑚𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝
𝑇𝑇ℎ = �(0,284)(37)
2��
4 + �(37)(0,2𝜋𝜋)�37𝜋𝜋 − (0,2)(4) � = (5,254) �
27.24115.44
� = 𝟕𝟕.𝟎𝟎𝟎𝟎 [𝑵𝑵.𝒎𝒎]
Se calcula la potencia necesaria por un motor para desplazar el subsistema
𝑃𝑃ℎ(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑃𝑃𝑜𝑜𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑘𝑘𝑊𝑊
𝑃𝑃ℎ(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑇𝑇.𝑤𝑤 =(2𝜋𝜋)(𝑇𝑇ℎ)(𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡)
60=
(2𝜋𝜋)(1.24)(600)60
= 0,77 𝑘𝑘𝑊𝑊
𝑃𝑃ℎ(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑃𝑃𝑜𝑜𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ𝑜𝑜𝑒𝑒𝑝𝑝𝑐𝑐𝑜𝑜𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝐻𝐻𝑃𝑃
𝑃𝑃ℎ(𝐻𝐻𝐻𝐻) =𝑃𝑃𝑁𝑁(𝑘𝑘𝑘𝑘)
0,74569=
0.770,74569
= 1.032 𝐻𝐻𝑃𝑃
• Par de torsión para subsistema de rodillos
𝐹𝐹𝑒𝑒 = 𝐶𝐶𝑡𝑡𝑒𝑒𝐾𝐾𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑜𝑜𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑚𝑚
𝐹𝐹𝑒𝑒 = (15,17 𝐾𝐾𝐾𝐾) �9,8𝑡𝑡𝑚𝑚2� = 148,66 𝑁𝑁 = 0,148 𝑘𝑘𝑁𝑁
𝑇𝑇𝑒𝑒 = 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑒𝑒𝑚𝑚𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑜𝑜𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑚𝑚
𝑇𝑇𝑒𝑒 = �(0,148)(37)
2��
4 + �(37)(0,2𝜋𝜋)�37𝜋𝜋 − (0,2)(4) � = (2,738) �
27.24115.44
� = 𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 [𝑵𝑵.𝒎𝒎]
Se calcula la potencia necesaria por un motor para desplazar el subsistema.
𝑃𝑃𝑒𝑒(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑃𝑃𝑜𝑜𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑜𝑜𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑘𝑘𝑊𝑊
92
𝑃𝑃𝑒𝑒(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑇𝑇.𝑤𝑤 =(2𝜋𝜋)(𝑇𝑇ℎ)(𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡)
60=
(2𝜋𝜋)(0,646)(600)60
= 0,41𝑘𝑘𝑊𝑊
𝑃𝑃𝑒𝑒(𝑘𝑘𝑘𝑘) = 𝑃𝑃𝑜𝑜𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑒𝑒𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑜𝑜𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑜𝑜𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝐻𝐻𝑃𝑃
𝑃𝑃𝑒𝑒(𝐻𝐻𝐻𝐻) =𝑃𝑃𝑁𝑁(𝑘𝑘𝑘𝑘)
0,74569=
0.410,74569
= 0,549 𝐻𝐻𝑃𝑃
Al finalizar se realiza una simulación para ver la deformación de la varilla roscada horizontal al someterse a la carga generada por el subsistema vertical de inyectores y se puede apreciar que la deformación no es de relevancia.
Figura 37. Simulación varilla roscada
6.7.6.2. Sistema de riel guía y rueda acanalada.
El movimiento en el eje Z es realizado por todo el sistema y para darle estabilidad y una guía en su desplazamiento se recurre al uso de rieles en V como guía en conjunto con un par de ruedas acanaladas por lado para brindar una mayor estabilidad. Hay que tener en cuenta que las ruedas deben soportar el peso de todo el sistema.
93
Figura 38. Riel guía en V con rueda acanalada
Fuente: Accesorios de portones [En línea]. Carbone portones [Consultado el 14 de marzo del 2019]. Disponible en Internet: <https://www.empresascarbone.com/pdf/ruedas-de-porton.pdf> Una de las ruedas ira acoplada a un motor que es el que generara el torque para el desplazamiento del sistema, aunque la carga está apoyada en 4 ruedas solo en una rueda se aplica el par de torsión para generar el movimiento, las otras sirven para brindar soporte y estabilidad al sistema.
En este sistema la selección de las ruedas debido a su capacidad de carga es la especificación de mayor relevancia, para ello se realiza una aproximación de la masa total del sistema mecatrónico teniendo en cuenta datos previamente calculados y aproximaciones de la masa de los demás equipos electrónicos que garantizan el funcionamiento del sistema.
En la siguiente tabla se especifica la masa de los componentes ya seleccionados y se define una masa de diferentes equipos e instrumentos como aproximación para la selección de las ruedas.
Tabla 18. Masa total del sistema dinámico
Concepto Masa (Kg) Perfil de estructura de soporte 265.6
Lamina de estructura de soporte 87.01 Subsistema vertical de inyección de vapor 16.7
Subsistema horizontal de inyección de vapor 29.05 Subsistema de rodillos de limpieza 45.51
Equipos e instrumentación (aproximado) 100 Total 543.87
94
Con una masa aproximada de 543.87 Kg en la totalidad del sistema significaría que la mínima capacidad de carga seria de 273 Kg por par de ruedas. Mirando diferentes proveedores se selecciona las ruedas con un diámetro de 85mm que tienen una capacidad de carga de 450 Kg por par, de esta manera queda un margen de seguridad aproximado del 90%.
Se realiza una simulación de una de las ruedas sometidas a una carga aproximadamente de ¼ de la masa total del sistema, la carga fue de 150 Kg, y nos permite evidencia que la deformación de la rueda es despreciable.
Figura 39. Simulación de Rueda
6.7.7. Selección de equipos de control e instrumentación.
Debido a que el sistema realiza una labor automática son requeridos diferentes dispositivos para para lograr una funcionalidad que cumpla de manera efectiva su labor, para ello es necesario diferentes elementos como lo son las bornes de control, cable de conexión, mini breaker y guarda motores. Hay que tener en cuenta que se especificara en mayor detalle la selección de equipos como: PLC, Variadores de frecuencia, sensores y motores, debido a que estos cumplen funciones primordiales en el funcionamiento del sistema.
95
6.7.7.1. Selección del modelo de PLC
Buscando las diferentes fuentes y posibilidades se descartó el PLC Modicon M168, principalmente debido a que el precio es mayor aun contando con menos puntos de in/out y además buscando la mejor compatibilidad que nos brindaba el PLC Omron (figura 40), con los demás equipos seleccionados.
Tras indagar en varios modelos de autómatas programables, se prefiere el modelo CP1L-M40DT de la marca OMRON por las siguientes razones. El CP1L incluye unidades CPU tipo E (modelos básicos) para operaciones de control estándar usando instrucciones básicas, de movimiento, aritméticas y de comparación y unidades CPU tipo N (modelos específicos de aplicación) que admiten conexiones a terminales programables, convertidores y servo drives. Las unidades están disponibles con 20,30 o 40 puntos de in/out47.
Figura 40. PLC Omron CP1L
Fuente: Manual de introducción CP1L [En línea]. Omron [Consultado el 28 de febrero del 2019]. Disponible en Internet: <http://www.caroligualada.es/Documentos/OMRON/GR_CP1L.pdf> • Unidades de 40 puntos de In/Out (CP1L-M40D) - La CPU tiene 24 puntos de entrada y 16 puntos de salida.
47 Manual de introducción CP1L. [En línea]. OMRON. [Consultado el 28 de febrero del 2019]. <http://www.caroligualada.es/Documentos/OMRON/GR_CP1L.pdf>.
96
- Pueden utilizarse unidades de expansión de In/Out de la Serie CP. para añadir puntos de In/Out, hasta un total de 160 puntos. 6.7.7.2. Selección de motores
Los motores que se encargaran del movimiento de los diferentes subsistemas y el sistema mecatrónico en general deben tener en cuenta la potencia necesaria para generar el par de torsión que mediante el uso de los mecanismos transforma el movimiento giratorio en un movimiento lineal.
En los subsistemas de inyección del vapor y de los rodillos de lavado se obtiene el valor del par de torsión en la sección de los cálculos para el tornillo de potencia. Después de investigar diferentes motores se selecciona el motor SIEMENS modelo A7B10000048459 tanto para el subsistema vertical de inyección de vapor como para el subsistema del rodillo, este motor cuenta con una potencia de 0,75 HP y 1200 RPM, este valor de potencia es la especificación comercial más cercana a los valores calculados en ambos subsistemas.
También se cuenta con el motor SIEMENS modelo A7B10000012678 seleccionado para el subsistema horizontal de inyección de vapor que cuenta con una potencia de 1 HP y 1200 RPM.
Figura 41. Motor SIEMENS modelo A7B10000048459.
Fuente: Catalogo general motores eléctricos [En línea]. Siemens [Consultado el 24 de marzo del 2019]. Disponible en Internet: < https://sie.ag/2UG3htt>
97
La velocidad de avance de los diferentes subsistemas es de 4cm/s seleccionado mediante el criterio de diseño del autor. como la varilla roscada del mecanismo de tornillo de potencia es de un paso de 4mm, se requieren 10 revoluciones por segundo para cumplir el valor de avance determinado debido a que cada revolución la distancia recorrida es la medida del paso.
Para seleccionar el motor se requiere obtener las revoluciones por minutos (RPM) debido a que es una de las especificaciones con la cual se busca un motor en el mercado. Se tiene las revoluciones por segundo, entonces se procede a calcular las RPM
�10𝑒𝑒𝑑𝑑𝑁𝑁𝑚𝑚𝑑𝑑𝐾𝐾
� � 60 𝑚𝑚𝑑𝑑𝐾𝐾min
� = 600 𝑒𝑒𝑑𝑑𝑁𝑁min
= 600𝑅𝑅𝑃𝑃𝑀𝑀
Como los motores seleccionados cuentan con 1200 RPM se utilizarán engranajes exteriores rectos en el subsistema vertical de inyección y engranajes cónicos en el subsistema horizontal de inyección y el subsistema de rodillos, todos los engranajes con una relación 2:1 para cumplir con las especificaciones establecidas en los avances de los diferentes subsistemas.
En la selección del motor que se encargara del movimiento de todo el sistema mecatrónico por el mecanismo de rueda acanalada con riel guía, es necesario calcular el torque para comenzar el movimiento y las RPM que requiere el motor para realizar un avance de 240 cm/min según criterio de diseño.
𝐹𝐹𝑚𝑚 = 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝐾𝐾𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡
𝐹𝐹𝑚𝑚 = (𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡) �9.8𝑡𝑡𝑚𝑚2� = (543.87 𝐾𝐾𝐾𝐾) �9.8
𝑡𝑡𝑚𝑚2� = 5.33 𝐾𝐾𝑁𝑁
𝑐𝑐𝑓𝑓 = 𝐶𝐶𝑜𝑜𝑑𝑑𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑡𝑡𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝
𝑐𝑐𝑓𝑓 = (𝜇𝜇)(𝑁𝑁𝑜𝑜𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝) = (0.2)(5.33 𝐾𝐾𝑁𝑁) = 1.066 𝐾𝐾𝑁𝑁
𝑇𝑇𝑜𝑜𝑒𝑒𝑟𝑟𝑚𝑚𝑑𝑑𝑆𝑆 = 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑒𝑒𝑚𝑚𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝 𝑒𝑒𝑑𝑑𝑟𝑟𝑚𝑚𝑑𝑑𝑒𝑒𝑝𝑝𝑑𝑑𝑜𝑜 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑁𝑁𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝𝑡𝑡𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡
𝑇𝑇𝑜𝑜𝑒𝑒𝑟𝑟𝑚𝑚𝑑𝑑𝑆𝑆 = (𝑐𝑐𝑓𝑓)(𝑒𝑒𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 𝑒𝑒𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡) = (1.066 𝐾𝐾𝑁𝑁)(0.0425 𝑡𝑡) = 45.3 𝑁𝑁𝑡𝑡
98
Para encontrar la cantidad de revoluciones que requiere el motor para desplazarse según el criterio de diseño se calcula la longitud de avance de la rueda por revolución
𝑝𝑝𝑜𝑜𝑝𝑝𝐾𝐾𝑝𝑝𝑡𝑡𝑚𝑚𝑑𝑑1𝑒𝑒𝑑𝑑𝑁𝑁
= (𝜋𝜋)(𝑑𝑑𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑒𝑒𝑜𝑜 𝑒𝑒𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡) = (𝜋𝜋)(85) = 260.7𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑑𝑑𝑁𝑁
= 26.07𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑑𝑑𝑁𝑁
Calculo de RPM necesarias para realizar el avance predeterminado.
240 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝
26.07 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑒𝑒𝑑𝑑𝑁𝑁= 9.2
𝑒𝑒𝑑𝑑𝑁𝑁𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝
= 9.2 𝑅𝑅𝑃𝑃𝑀𝑀
Seleccionando una caja de reducción de velocidad con una relación 100:1 se observa que los motores comerciales con unas especificaciones cercanas a las 920 RPM son los motores de 900 RPM solo queda determinar la potencia (HP) para generar el torque de 45.3Nm que es el necesario para poder mover el sistema y de esa manera se obtiene los datos que ayudan en la selección del motor.
𝑇𝑇𝑜𝑜𝑒𝑒𝑟𝑟𝑚𝑚𝑑𝑑𝑆𝑆 =(𝐻𝐻𝑃𝑃)(716)
𝑅𝑅𝑃𝑃𝑀𝑀
𝐻𝐻𝑃𝑃 =(𝑇𝑇𝑜𝑜𝑒𝑒𝑟𝑟𝑚𝑚𝑑𝑑𝑚𝑚)(𝑅𝑅𝑃𝑃𝑀𝑀)
(716) =(45.3)(9)
(716) =407.7716
= 0.56 𝐻𝐻𝑃𝑃
Con los anteriores datos se selecciona el motor SIEMENS modelo A7B1000004849 que cuenta con una potencia de 0.75 hp y 900 RPM, de igual manera se selecciona el reductor de velocidad REM040 que tiene una relación 100:1
6.7.7.3. Selección del variador
Después de analizar diferentes tipos de variadores entre ellos el Altivar ATV 320 de Scheider Electric, se inclina por los variadores OMRON de la serie MX2 tomando como criterio la compatibilidad de los componentes utilizados en el diseño y el costo. Este variador tiene un circuito y componentes avanzados que proporcionan un elevado rendimiento. El tamaño de la carcasa es excepcionalmente pequeño.
99
Su exclusiva tecnología, elaborada a partir de algoritmos avanzados, hace que este sistema tenga un control absoluto de la maquinaria incluso con movimiento nulo. No obstante, esta gran característica no impide que este producto siga cumpliendo con funciones que requieren gran precisión. Entre tales tareas se incluyen operaciones de ciclo rápidas y control de par en lazo abierto. Todo esto sin olvidar otro tipo de funciones como control de posición, sincronización de velocidad48
Para los cuatro motores se implementan cuatro variadores OMRON del modelo 363MX2-A2007 que cuenta con una capacidad de potencia de 0,75 KW.
Figura 42 Variador OMROM MX2.
Fuente: Guia rapida MX2 [En linea]. Omrom [Consultado el 13 de marzo del de 2019]. Disponible en Internet: < https://assets.omron.eu/downloads/manual/es/v4/i129e_mx2_getting_started_guide_es.pdf> 6.7.7.4. Selección de sensores
Los sensores de proximidad y de final de carrera en el sistema mecatrónico serán los principalmente encargados de la integridad tanto del sistema como del automóvil, debido a que la inyección de vapor se debe realizar a una distancia promedio de 15 cm se requiere que el sensor tenga un buen campo de trabajo.
Los sensores de proximidad fotoeléctricos reconocen todos los objetos con independencia de su naturaleza, ya sea metal, madera o plástico. El sensor de proximidad fotoeléctrico en su función como un sensor difuso su funcionamiento es mediante la luz del emisor que choca con un objeto y se refleja de forma difusa. Una
48 Manual de guía rápida variador MX2. [en línea]. OMRON. [Consultado el 13 de marzo del 2019]. <https://assets.omron.eu/downloads/manual/es/v4/i129e_mx2_getting_started_guide_es.pdf>
100
parte penetra en el receptor que también se halla en el detector. Si hay suficiente intensidad de recepción, se activa la salida. La zona de detección depende del tamaño y del color del objeto, así como de la naturaleza de su superficie. Normalmente vienen con un potenciómetro incorporado que permite variar en un amplio margen la zona de detección.49
Los sensores de final de carrera en las máquinas protegen tanto al sistema como al automóvil ya que limitan el acceso a la zona de trabajo y evita que haya colisiones con la estructura del sistema, además de que garantizan un punto inicial para poder colocar en marcha el sistema mecatrónico.
Para los subsistemas se selecciona el sensor de proximidad SIMATIC PXO100 M12 de la marca SIEMENS debido a que cuenta con una zona de detección de 30 cm y permite un ajuste con un potenciómetro. De igual manera se selecciona los finales de carrera D4B-4111N de la marca OMRON
Figura 43. Sensor de proximidad y sensor de final de carrera
Fuente: Gama de productos de automatización industrial [En línea]. Omron [Consultado el 25 de marzo del 2019]. Disponible en Internet: https://assets.omron.eu/downloads/catalogue/es/v1/y214_industrial_automation_portfolio_catalogue_es.pdf
49 OMRON. Gama de productos de automatización industrial [En línea]. Omron [Consultado el 25 de marzo del 2019]. Disponible en Internet: https://assets.omron.eu/downloads/catalogue/es/v1/y214_industrial_automation_portfolio_catalogue_es.pdf
101
6.7.8. Diseño del sistema de control.
En las tablas 19 y 20 se asignan las entradas y salidas del sistema de control y se muestra como es la conexión de los equipos.
Figura 44. Ubicación de componentes del sistema de control.
• Entradas - Botón de inicio (START) del sistema mecatrónico - Botón de parada (STOP) del sistema mecatrónico - Botón de parada de emergencia (PE) del sistema mecatrónico - Sensor de proximidad fotoeléctricos (Sp) - Final de carrera (Sf) - Sensor de presión de vapor (Spv) • Salidas - Contactos para la activación del motor de avance del sistema (Ms) - Contactos para la activación del motor del subsistema de rodillos (Mr) - Contactos para la activación del motor del subsistema horizontal (Mh) - Contactos para la activación del motor del subsistema vertical (Mv)
102
Tabla 19. Asignación de entradas para el sistema de control
Dispositivo Etiqueta Dirección
Pulsador de Inicio Start 0.00
Pulsador de parada Stop 0.01
Botón de parada de emergencia PE 0.02
Sensor de presión de vapor Spv 0.03
Sensor de proximidad inyector de vapor horizontal Sp1 0.04
Sensor de proximidad inyector de vapor horizontal Sp2 0.05
Sensor de proximidad inyector de vapor vertical Sp3 0.06
Sensor de proximidad inyector de vapor vertical Sp4 0.07
Sensor de proximidad rodillo Sp5 0.08
Sensor de proximidad rodillo Sp6 0.09
Final de carrera izquierdo del inyector vertical Sf1 0.10
Final de carrera derecho del inyector vertical Sf2 1.11
Final de carrera superior del inyector horizontal Sf3 1.12
Final de carrera inferior del inyector horizontal Sf4 1.13
Final de carrera del punto inicial del sistema Sf5 1.14
Final de carrera del punto de reversa del sistema Sf6 1.15
Final de carrera superior del sistema de rodillo Sf7 1.16
Final de carrera inferior del sistema de rodillo Sf8 1.17
Guarda motor del movimiento del sistema OL1 1.18
Guarda motor del subsistema horizontal OL2 1.19
Guarda motor del subsistema de rodillo OL3 1.20
Guarda motor del subsistema Vertical OL4 1.21
103
Tabla 20. Asignación de salidas para el sistema de control
Dispositivo Etiq. Dirección
Contacto que activa el avance del motor del sistema Ms1 100.00 Contacto para cambio de giro en el motor del sistema Ms2 100.01 Contacto que activa el avance del subsistema del rodillo Mr1 100.02 Contacto para cambio de sentido de giro en el motor que da el avance del subsistema del rodillo
Mr2 100.03
Contacto que activa el motor para el avance del subsistema horizontal de inyección de vapor
Mh1 100.04
Contacto para el cambio de sentido de giro del motor del subsistema horizontal de inyección de vapor
Mh2 100.05
Contacto que activa el motor para el avance del subsistema vertical de inyección de vapor
Mv1 100.06
Contacto para el cambio de sentido de giro del motor del subsistema vertical de inyección de vapor
Mv2 100.07
Figura 45. Conexión de variadores de frecuencia y guarda motores
104
Figura 46. Conexiones en la fuente de alimentación.
Figura 47. Conexiones de las salidas del PLC
105
Figura 48. Conexiones de las entradas al PLC
En la Figura 49. se plantea la secuencia del funcionamiento del sistema, pero para poder disminuir el consumo de insumos las condiciones de accionamientos en las etapas no deberían ser mediante el accionamiento de los finales de carrera sino mediante uno de los sensores en cada subsistema que perciba que ya no hay una superficie cercana al subsistema, dando una indicación a los diferentes movimientos de los subsistemas así de esta manera se optimizaría el consumo de insumos debido a que el sistema se acopla al tamaño del automóvil y disminuyendo en los máximo posible un desperdicio de vapor del agua. Los finales de carrera se utilizarían para la seguridad del sistema mecatrónico.
106
Figura 49. Grafcet
107
• Etapas del Grafcet
- Etapa 1: Se enciende los motores que permite que todo el sistema en general avance y los subsistemas realicen sus respectivos desplazamientos. - Etapa 2: Cuando se detecta la superficie a la distancia determinada con sp1 o sp2 se realiza un cambio de giro en el motor que es el encargado de mover el subsistema horizontal para respetar la distancia hacia la superficie del automóvil. - Etapa 3: Cuando se detecta la superficie a la distancia determinada con sp3 o sp4 se realiza un cambio de giro en el motor que es el encargado de mover el subsistema vertical hacia arriba, para respetar la distancia hacia la izquierda superficie del automóvil. - Etapa 4: Cuando se detecta la superficie a la distancia determinada con sp5 o sp6 se realiza un cambio de giro en el motor que es el encargado de mover el subsistema de rodillos hacia arriba, para respetar la distancia hacia la superficie del automóvil. - Etapa 5: una vez activado el sensor final de carrera sf6, se activa un temporizador de 5 segundos. - Etapa 6: una vez terminado el temporizador se da arranque al subsistema de inyectores verticales para limpiar la parte trasera del automóvil. - Etapa 7: Cuando el subsistema de inyectores vertical activa sensor sf2, se realiza un cambio de giro para el motor que mueve el sistema general para que vuelva a su posición inicial. - Etapa 8: Cuando se detecta la superficie a la distancia determinada con sp1 o sp2 se realiza un cambio de giro en el motor que es el encargado de mover el subsistema horizontal hacia arriba para respetar la distancia hacia arriba la superficie del automóvil. - Etapa 9: Cuando se detecta la superficie a la distancia determinada con sp3 o sp4 se realiza un cambio de giro en el motor que es el encargado de mover el subsistema vertical hacia la derecha, para respetar la distancia hacia la superficie del automóvil. - Etapa 10: Cuando se detecta la superficie a la distancia determinada con sp5 o sp6 se realiza un cambio de giro en el motor que es el encargado de mover el subsistema de rodillos, para respetar la distancia hacia la superficie del automóvil. - Etapa 11: una vez activado el sensor final de carrera sf5, se activa un temporizador de 5 segundos.
108
- Etapa 12: una vez terminado el temporizador se da arranque al subsistema de inyectores verticales para que dar limpieza la parte frontal del automóvil y regresar a su posición inicial.
• Funcionamiento del sistema
Una vez el automóvil se encuentra en posición, se presiona el pulsador que dará inicio a la secuencia de trabajo, este solo se arrancará si todos los subsistemas y el sistema en general se encuentre en la posición inicial, esta posición inicial estará determinada por la activación de los finales de carrera correspondiente a cada movimiento.
El sistema se mueve y los subsistemas empiezan a acercarse a la superficie del carro una vez alguno de los sensores de los subsistemas se active al llegar a la distancia predeterminada el subsistema correspondiente cambia el sentido de giro para respetar la distancia.
Cuando el sistema llega al final del carril activa un final de carrera que da paso a que el subsistema de inyectores vertical arranque para limpiar la superficie trasera del automóvil, cuando termina su recorrido todo el sistema se devuelve para retomar su posición inicial y los subsistemas empiezan a actuar de la misma manera que cuando inicio.
Cuando el sistema llega a su posición inicial, activa un temporizador que posteriormente cambia el sentido de giro de los inyectores verticales para lavar la parte frontal del automóvil y llegando a su posición inicial donde termina el proceso.
Para evidenciar como sería el funcionamiento del sistema se realiza una simulación dinámica con el programa Solidworks, obteniendo un video de cómo sería el movimiento general del sistema.
6.8. ANÁLISIS DE FLUJO DE FONDOS PARA DETERMINAR RENTABILIDAD DEL PROYECTO
En esta sección se presenta el flujo de fondos para el desarrollo del sistema mecatrónico diseñado en él se encuentran los costos generales junto a diferentes cálculos para determinar si es rentable desarrollar el producto conforme a las
109
ganancias que se generen del servicio prestado por el sistema mecatrónico de lavado. Para el desarrollo del flujo de fondos, el proyecto durara 5 años (60 meses).
6.8.1. Costo de diseño
En esta etapa se incluye el costo del software de diseño y simulación necesarios al igual que el costo de los equipos de diseño, costos de información, costos de la mano de obra requerida y el costo de los elementos de consumo.
El proceso de diseño tiene como duración 3 meses, se adquiere la licencia del uso del software SOLIDWORKS que tiene un costo de $2.550.000 COP, la licencia de PROTEUS $1.200.000 COP, además de los puestos y equipo de trabajo que tendría un costo de $310.000 por mesa, $120.000 COP por la silla y $1.500.000 COP por computador.
Solo se paga arriendo en la etapa de desarrollo del sistema debido a que etapa de producción el lugar que ocupa no genera un costo mayor, el costo del arriendo de la oficina es de $400.000
Para el proceso de diseño se contratarán dos ingenieros con $1.600.000 de salario con un factor prestacional del 50%, El equipo se desarrollará para servicios de lavado en Cali y el costo de diseño se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 21. Costos de Diseño
6.8.2. Costo de montaje
Este proceso de montaje se realizaría en un tiempo estimado de 1 mes, los materiales que se utilizaran para su fabricación se encuentran en la tabla 22 Costos de Montaje.
110
La mano de obra implementada para toda la etapa del desarrollo consta de un Ingeniero Mecatrónico encargado del ensamble y funcionalidad de los equipos y un operario de procesos de manufactura con un salario de $1.200.000 COP.
Tabla 22. Costos de montaje
6.8.3. Costo de manual de proceso
La elaboración del manual de procesos se demora un 1 mes, para ello se requiere de personal calificado con un sueldo de $1.500.000 COP, incluido el valor del factor
Concepto Cantidad Descripcion Valor unitario Valor Total1 Ingeniero 1.600.000$ 1.600.000$ 1 operario 1.200.000$ 1.200.000$ 1 Generador de vapor VYC modelo HK-1600 184.000.000$ 184.000.000$ 9 Manguera metalica flexible d50 (mts) 134.000$ 1.206.000$ 3 Manguera metalica flexible d32 (mts) 92.000$ 276.000$ 3 Manguera metalica flexible d40 (mts) 118.000$ 354.000$ 81 Perfil estructural cuadrado de acero inox.(mt 31.000$ 2.511.000$ 6 Lamina de acero inoxidable 1.2 x 2,4 mts 93.000$ 558.000$ 9 Cadena porta cables MP72 190.000$ 1.710.000$ 3 Cadena porta cables MP52,4 115.000$ 345.000$ 3 Cadena porta cables MP62.1 137.000$ 411.000$ 34 Inyectores de vapor IN25M 154.000$ 5.236.000$ 3 Eje de rodillos de lavado 27.000$ 81.000$ 2 Espumas de rodillos de lavado 100 und 124.000$ 248.000$ 3 Varillas roscadas d38 53.000$ 159.000$ 2 Par de ruedas acanaladas d85 155.000$ 310.000$ 1 PLC omron CP1L-M40D 3.840.000$ 3.840.000$ 3 Motor siemens modelo A7B10000048459 436.000$ 1.308.000$ 1 Motor siemens modelo A7B10000012678 672.000$ 672.000$ 4 Variador OMROM 363MX2-A2007 1.760.000$ 7.040.000$ 6 Sensor de proximidad SIMATIC PXO100 M1 293.000$ 1.758.000$ 8 Final de carrera D4B-4111N 31.000$ 248.000$ 2 Cable #18 AWG x 100 mts 167.000$ 334.000$ 4 Guarda motor SCHNEIDER 10A 110.000$ 440.000$ 8 Contactores SCHNEIDER 43.000$ 344.000$ 1 Boton de parada de emergencia 145.000$ 145.000$ 2 Pulsador 39.000$ 78.000$ 1 Caja de Herramientas 300.000$ 300.000$ 1 Taladro 150.000$ 150.000$ 1 Materiales electronicos 80.000$ 80.000$
adecuacion del area 2.500.000$ 2.500.000$ 216.862.000$
COSTOS DE MONTAJE
TOTAL
Materiales
Materiales
Mano de Obra
111
prestacional, en materiales para la impresión y el software de texto se va un total de $150.000 COP.
Tabla 23. Costos de manual de proceso
6.8.4. Costo de producción
Costos Fijos: Son aquellos costos que están implicados en la fabricación del bien, para este caso solo se tiene en cuenta un costo fijo que es el del mantenimiento del sistema, los demás costos como un operario o el arriendo no entran debido a que el sistema pasa a ser parte de un centro de lavado ya establecido y estos costos ya hacen parte de su mercado.
Teniendo en cuenta la investigación de mercado que se realizó previamente existe un mercado bastante extenso, con ello tenemos la seguridad de existirá un flujo de demanda en el establecimiento, ahora para poder realizar los cálculos se tomara un promedio de automóviles atendidos en un lavadero grande, este promedio es de 70 carros, otro factor a tener en cuenta es que el lavado general se realizara en un promedio de 7 minutos.
Costos Variables: Estos son los costos que varían según el nivel de cantidades producidas en este caso este costo cambia con la cantidad de servicio prestados, en los costos variables tenemos el consumo energético del sistema y el consumo de acueducto.
Hay que tener en cuenta que no es un proceso continuo y que posee varios tiempos en el que el sistema se encuentra sin funcionamiento, para el cálculo del costo variable existe la información de la siguiente tabla.
Concepto Cantidad Descripcion ValorMano de Obra 1 Personal calificado 1.500.000$ Materiales 1 Papeleria 150.000$
1.650.000$
COSTOS DE MANUAL DE PROCESO
TOTAL
112
Tabla 24. Datos de producción
Tabla 25. Costos de producción
6.8.5. Ingresos
El servicio prestado de acuerdo al estudio de mercado y el promedio de automóviles atendidos en un lavadero grande es de 70 carros diarios, es decir, aproximadamente 2100 carros en el mes, el mercado será distribuido de acuerdo a la curva mostrada, con un precio de servicio de lavado general de $ 15.000 pesos. Con la curva de ventas para el proyecto establecemos las cantidades para el flujo de fondos en la etapa de producción.
113
Figura 50. Curva de ventas a lo largo del proyecto
6.8.6. Tasa de interés de oportunidad (TIO)
La TÍO es la tasa mínima que se utiliza para poder determinar el valor presente neto de los flujos futuros de caja del proyecto y es la rentabilidad mínima que se le debe exigir al proyecto para tomar la decisión de no invertir en un uso alternativo de los recursos o en otro proyecto.
Entre mayor la tasa de interés de oportunidad es menor el valor presente neto. Esto debido al hecho de que la tasa de oportunidad refleja el costo del dinero (costo de oportunidad) El proyecto es atractivo si la tasa de oportunidad del inversionista es al menos del 4%
Se define una tasa de oportunidad para el proyecto del 4%, tanto para el proyecto puro como para el proyecto con financiamiento.
6.8.7. Datos y fuente de financiación del proyecto
Al realizar una investigación para adquirir un crédito de libre inversión en diferentes entidades bancarias se obtiene que la tasa efectiva anual del préstamo era similar en su tope máximo, con un valor del 31.44%, el valor de esta tasa varia un poco dependiendo las políticas de la entidad bancaria y el perfil de riego que tenga el beneficiario.
114
Figura 51. Tasas crédito libre inversión
Fuente: Tasas y tarifas créditos de libre inversión [En línea]. BBVA. [Consultado el 9 de febrero del 2019]. Disponible en internet:<https://www.bbva.com.co/personas/productos/prestamos/consumo/libre-inversion.html> Para la evaluación financiera en los distintos panoramas del proyecto se toma el valor tope de tasa efectiva anual. Como paso siguiente se determina a cuánto tiempo se va a tomar el crédito, debido a que el proyecto está planeado a 60 meses y 5 meses son del proceso de desarrollo del proyecto, es decir, la financiación se tomara a los 55 meses restantes de producción.
En el proyecto el valor de la inversión es de $238.722.000 y la financiación será en dos panoramas, uno que cubra el 50% de la inversión y otro que cubra la totalidad.
Para poder calcular ahora el valor mensual de amortización requerimos calcular la tasa de interés mensual, y se calcula mediante la siguiente ecuación.
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑡𝑡𝑝𝑝 = (1 + 𝑝𝑝𝑒𝑒𝑒𝑒)112 − 1
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑡𝑡𝑝𝑝 = (1 + 31.44)112 − 1 = 2.30%
Ahora con esta tasa de interés mensual se calcula el valor de amortización al diferir el crédito en 55 meses, se calcula el valor de amortización para los dos panoramas. Los valores del préstamo son $119.361.000 para la financiación del 50% y de $238.722.000 para la financiación de la total inversión.
𝑉𝑉𝐴𝐴 = 𝑉𝑉𝑡𝑡𝑝𝑝𝑜𝑜𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑜𝑜𝑒𝑒𝑡𝑡𝑝𝑝𝑐𝑐𝑡𝑡𝑝𝑝𝑝𝑝ó𝑝𝑝
115
𝑉𝑉𝐴𝐴 =𝑉𝑉𝑃𝑃 ∗ (1 + 𝑝𝑝)𝑛𝑛(𝑝𝑝)
(1 + 𝑝𝑝)𝑛𝑛 − 1
El valor de la amortización para la financiación del 50% es el siguiente.
𝑉𝑉𝐴𝐴 =(119.361.000) ∗ (1 + 2,30)55(2,30)
(1 + 2,30)55 − 1= $3.850.285
El valor de la amortización para la financiación del 100% es el siguiente.
𝑉𝑉𝐴𝐴 =(238.722.000 ) ∗ (1 + 2,30)55(2,30)
(1 + 2,30)55 − 1= $7.700.570
Teniendo en cuenta que los préstamos se realizan con un banco los intereses originados por la deuda son deducibles de impuestos, por lo tanto, se aplica una ecuación para obtener el beneficio fiscal y reducir la tasa estimada anual del préstamo además de obtener la nueva tasa de interés mensual.
𝑁𝑁𝑚𝑚𝑑𝑑𝑁𝑁𝑡𝑡_𝑝𝑝𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑝𝑝𝑒𝑒𝑒𝑒 ∗ (1 − 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑅𝑅)
𝑁𝑁𝑚𝑚𝑑𝑑𝑁𝑁𝑡𝑡𝑖𝑖𝑒𝑒𝑒𝑒 = 31,44 ∗ (1 − 0,28) = 22,64%
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑡𝑡𝑑𝑑𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑡𝑡𝑝𝑝 = (1 + 22,64)112 − 1 = 1,72%
Se obtiene el nuevo valor de amortización para cada panorama de financiación del proyecto.
𝑉𝑉𝐴𝐴(50%) =(119.361.000) ∗ (1 + 1,72)55(1,72)
(1 + 1,72)55 − 1= $3.369.552
𝑉𝑉𝐴𝐴(100%) =(238.722.000 ) ∗ (1 + 1,72)55(1,72)
(1 + 1,72)55 − 1= $6.739.105
116
6.8.8. Valor presente neto (VPN)
El valor presente neto es un procedimiento que permite calcular el valor presente de un determinado número de flujos de caja futuros, originados por una inversión. La metodología consiste en descontar al momento actual (es decir, actualizar mediante una tasa) todos los flujos de caja futuros o en determinar la equivalencia en el periodo inicial de los flujos de efectivo futuros que genera un proyecto y comparar esta equivalencia con el desembolso inicial.
A cada periodo en la etapa de producción teniendo el valor neto que es la resta de los costos al beneficio se le calcula inicialmente un valor presente, se trata de convertir el valor neto a su equivalencia en el periodo de referencia donde normalmente se referencia al periodo 0.
Posteriormente se calcula un el valor presente neto que es la suma de todos los valores presentes calculados, una vez obtenido un resultado, se aplica un criterio de evaluación que nos permite ver si el proyecto es o no recomendable financieramente.
En la evaluación financiera se calculó el VPN paso a paso y mediante la asistencia de una fórmula de Excel, para constatar el valor encontrado.
Para los diferentes panoramas se obtuvieron los siguientes VPN
Tabla 26. Valores de VPN
Proyecto Puro $102.397.518
Proyecto con financiación 50% $148.008.315
Proyecto con financiación 100% $193.619.112
En todos los casos el VPN es mayor a 0 con una tasa interna de oportunidad del 4%, eso quiere decir que el proyecto es recomendable financieramente y el mayor valor lo obtuvo el que fue financiada la inversión en su totalidad.
117
6.8.9. Periodo de recuperación de la inversión (PRI).
Es el tiempo requerido para que la suma de los flujos de efectivo neto positivos, producidos por una inversión, sea igual a la suma de los flujos de efectivo neto negativos, requeridos por la misma inversión.
En el proyecto puro, el periodo en el cual se recuperó el total de la inversión fue en el mes 16. Posteriormente en los proyectos con financiamiento el periodo de recuperación fue mucho más rápido, como se puede observar en la siguiente tabla el proyecto financiado un 50% se recupera el total de la inversión en el periodo 11, ahora, en el proyecto financiado al 100% el periodo de recuperación es desde el 2 periodo debido a que todo el gasto de la inversión fue diferido en la duración del proceso de producción.
Tabla 27. Periodo de recuperación de la inversión (PRI)
118
7. CONCLUSIONES
Al finalizar el desarrollo del diseño del sistema mecatrónico de lavado de automóviles automático y con un enfoque ecológico donde el consumo de sustancias contaminantes para la limpieza fue prácticamente nulo apoyado también en un diseño de un sistema que se basa en la reducción del consumo insumos, es necesario resaltar que cada paso en el desarrollo de la metodología de diseño concurrente es indispensable, partiendo desde donde se indaga en la problemática y se plantean las necesidades con el apoyo de tecnologías existentes, usuarios y personas en involucradas en el mercado hasta la selección del concepto a desarrollar.
La selección del concepto de diseño final no se estanca solamente a los conceptos que se generaron en un principio si no que se buscó fortalecer los conceptos entre sí, de esta manera se refinan los conceptos establecidos y permite que en el momento del desarrollo del diseño se eviten conceptos inestables con resultados indeseables.
El objetivo base del proyecto se trataba de que el sistema mecatrónico para el lavado de los automóviles tuviera un consumo responsable del agua como principal insumo en la prestación de este servicio es por ello, que para apoyar una sostenibilidad ambiental se define como opción primordial el método del lavado a vapor, que con pruebas realizadas de máquinas manuales demuestra una alta eficiencia en la limpieza de la superficie de los automóviles.
Con el vapor como metodología de lavado de automóviles de manera automatizado se disminuye el tiempo y el consumo de agua en el lavado exterior del automóvil ya que comparando con el lavado convencional apoyados a manguera o con pistola de agua a presión el tiempo del lavado exterior es de aproximadamente unos 15 min y se reduce a un tiempo entre 7 y 8 minutos, evidenciando un ahorro en el tiempo de los empleados de los establecimientos y por el método de lavado un ahorro en los insumos utilizados.
Una parte fundamental en el desarrollo del diseño fue la selección de la caldera y las vías por donde se lleva el vapor al punto de trabajo, ya que esto era la base fundamental en el lavado, porque el vapor es el encargado de la limpieza en el automóvil, para esto fue necesario el cálculo del caudal másico necesario para proveer todos los equipos de inyección de vapor y la selección de las vías de transporte que toleraran la temperatura y presión manejada por el diseño.
119
Mirando la rentabilidad del proyecto visualizado en un flujo de fondos a 5 años la VPN da un valor positivo lo que por ende nos permite prever que el proyecto es viable pero cuenta con una tasa interna de oportunidad muy baja y todo esto debido al alto costo del desarrollo del equipo, aunque se mejora la eficiencia y el consumo de los insumos el desarrollo es a un precio elevado, basado tanto en el sector de competencia y mucho más en comparación con las estaciones de servicio de lavado convencional.
El mejor panorama para el desarrollo del sistema mecatrónico de lavado es mediante una financiación del 100% en su desarrollo, debido a que desde un inicio se obtienen utilidades, en contraste a un desarrollo en estado puro donde es el mes 16 de la puesta en marcha donde se inicia la recuperación de la inversión.
De acuerdo a todo lo mencionado se concluye que se cumplen los objetivos planteados para el diseño del sistema mecatrónico de lavado de automóviles con un mínimo consumo de insumos y aunque el proyecto se prevé rentable, en un ámbito de sostenibilidad ambiental es factible, pero en un ámbito comercial no se justifica una alta inversión para generar utilidades que se puede obtener con una inversión menor.
120
BIBLIOGRAFÍA
ABSORSISTEM. Descripción de Calderas y Generadores de vapor. [En línea]. Absorsistem. [Consultado el 23 de abril del 2018]. Disponible en Internet: < https://goo.gl/jTkPuZ >.
ABARCA BAHAMONDES, Pedro. Descripción de calderas y generadores de vapor [En línea]. ACHS [Consultado el 28 de mayo del 2018]. Disponible en Internet: https://goo.gl/eNGF73
ARCOS DE alta presión y componentes. [Anónimo]. [En línea]. [Consultado en 27 de marzo de 2018]. Disponible en Internet: <https://colemanhanna.com/equipment/conveyor-equipment/components/high-pressure-arches-pump-stations/#tab-3b13adf3c872e6ee975>.
BUDYNAS, Richard G., Nisbett, J. Keith. Diseño de ingeniera mecánica de shigley. 8 ed. México: Mc Graw-Hill, 2012. 1092p.
CANTILLO LASTRE, Luis. Lavadero de carros, sin controles para el consumo de agua. [En línea]. En: El Heraldo. Barranquilla. Enero 25 del 2016. [Consultado el 19 de febrero del 2018]. Disponible en: https://goo.gl/a3TRfA.
CENTRO DE TECNOLOGIA E INNOVACIÓN (CTIN). ¿Qué es un PLC? [en línea]. México: CTIN. 2013. [Consultado el 23 de abril del 2018]. Disponible en internet: <http://www.ctinmx.com/que-es-un-plc/>.
COLOMBIA. INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Decreto 1594 (26, junio, 1984). Para el uso de agua y residuos líquidos. [en línea]. Santa Fe de Bogotá, D.C.: El Ministerio, 1984. 52 p. [Consultado: 19 de febrero del 2018]. Disponible en < https://goo.gl/bCBNkw >.
121
DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO DE GESTIÓN DEL MEDIO AMBIENTE (DAGMA). Usuarios de aguas subterráneas deben presentar programas de uso eficiente y ahorro de agua [en línea]. Cali: DAGMA, 2013. [Consultado 28 de marzo de 2017]. Disponible en Internet: http://www.cali.gov.co/dagma/publicaciones/52317/usuarios_de_aguas_subterrneas_deben_presentar_programas_de_uso_eficiente_y_ahorro_de_agua/.
DIISA. Reductor Clamp de acero inoxidable. [En línea]. DIISA. [Consultado el 13 de enero del 2019]. Disponible en internet: <https://goo.gl/hFcWnL >.
EQUIPOS DE lavado profesional tipo túnel [Anónimo]. [En línea]. kingcarwash. [Consultado en 27 de marzo de 2018]. Disponible en Internet: <http://www.kingcarwash.org/autolavadotunel.html >.
FLEXILATINA, Ingeniería y representaciones. Mangueras Metálicas Flexibles. [En línea]. Flexilatina. [Consultado el 23 de diciembre del 2018] < https://goo.gl/6y4ytD>.
FLEXMIN, elaboración de flexibles hidráulicos y mangueras industriales. Manómetros. [en línea]. Flexmin. [Consultado el 23 de abril del 2018]. Disponible en internet: <https://flexmin.cl/catalogo/manometros/>.
ISTOBAL. Boxes de lavado: disfruta lavando y cuidando tu automóvil. [en línea]. Istobal. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en internet: <https://www.istobal.com/es/boxes-de-lavado/>.
--------. Túnel de lavado: una opción rápida y eficaz para el lavado de coches. [en línea]. Istobal. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en internet: < https://www.istobal.com/es/tunel-de-lavado/>.
K’A’RCHER. Lavado de coches. [En línea]. K’a’rcher. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en Internet: <https://goo.gl/QGfRZe>.
122
OMRON. Catálogo de gama de productos de automatización industria. [En línea]. OMRON. [Consultado el 25 de febrero del 2019]. <https://bit.ly/2WVycyW>.
--------. Manual de introducción CP1L. [En línea]. OMRON. [Consultado el 3 de marzo del 2019]. <https://bit.ly/2EwQAHB>.
--------. Manual de guia rapida variador MX2. [En linea]. OMRON. [Consultado el 13 de marzo del 2019]. <https://assets.omron.eu/downloads/manual/es/v4/i129e_mx2_getting_started_guide_es.pdf>
PASAI, suministros industriales. Electroválvulas, funcionamiento general. [en línea]. Pasai. [Consultado: 24 de mayo del 2018]. Disponible en internet: <https://goo.gl/zgpV83>.
SALAZAR. Bryan. Ingeniería Concurrente. [En línea]. Ingeniería Industrial Online. [Consultado el 23 de agosto del 2019]. Disponible en internet: <https://goo.gl/UhKuqT>.
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Recurso hídrico subterráneo. [en línea]. Bogotá: Secretaria distrital de ambiente, 2014. [Consultado el 30 de marzo del 2018]. Disponible en internet: <http://ambientebogota.gov.co/aguas-subterraneas>.
SERRANO, Javier. Matemáticas financieras y evaluación de proyectos. 2 ed. México: Alfaomega, 2011. 433p.
SHIGLEY, Joseph., UICKER, John J. Teoría de máquinas y mecanismos. 1 ed. México: McGraw-Hill, 2001. 649p.
SIEMENS. Catálogo general motores eléctricos [En línea]. Siemens [Consultado el 24 de marzo del 2019]. Disponible en Internet: < https://sie.ag/2UG3htt>
123
SOLORZANO, Ricardo. Principios Ingenieriles Básicos - Bombas Hidráulicas. [En línea]. En: Hydraulics & Pneumatics. 2016. [Consultado el 02 abril del 2018]. Disponible en Internet: <https://goo.gl/RnsZkP>.
SOLUCIONES TUBULARES. Catálogo de tubería estructural o perfil estructural. [En línea]. Soluciones tubulares [Consultado el 28 de enero del 2019]. Disponible en Internet: <https://solucionestubulares.com/pdf/tuberia-estructural.pdf>
SPIRAZ SARCO. Steam injectors [En línea]. Spiraz sarco [consultado 20 de febrero del 2019]. Disponible en Internet: <http://www.spiraxsarco.com/Documents/TI/P401_05.pdf>.
STEAMONWHEELS. Máquinas de limpieza a vapor o generador de vapor industrial. [en línea]. Steamonwheels. [Consultado el 27 de marzo del 2018]. Disponible en internet: <http://www.steamonwheels.es/equipos/>.
ULRICH. Karl T, EPPINGER. Steven D. Diseño y desarrollo de productos. 5 ed. México: McGraw-Hill, 2013.125p
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. Ingeniería térmica y de fluidos [En línea]. Universidad de Cantabria [Consultado el 3 de diciembre del 2018]. Disponible en Internet: < https://bit.ly/2wbLFXY >.
VYC INDUSTRIAL. Catálogo de generador de vapor Modelo HK. [En línea]. VYC Industrial. [Consultado el 12 de diciembre del 2018]. <http://aguapurvapor.cl/wp-content/uploads/2016/09/GENERADOR-DE-VAPOR-HK-250-A-2500-KG-VAPOR-H.pdf>
124
ANEXOS Anexo A. Especificaciones optima steamer
125
Anexo B. Factores de la presión para el dimensionado de tuberias
126
Anexo C. Dimensiones generales del generador de vapor modelo hk
127
Anexo D. Manual de introducción del PLC CP1L
128
129
Anexo E. Hoja de caracteristicas del variador de frecuencia MX2
130
131
Anexo F. Hoja de caracteristicas del inyector de vapor.
132
Anexo G. Dimensiones generales del sistema en milimetros (mm)