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2016
18/02/2016
Diseño, Tecnología e innovación
Diseño de una escoba-trapeador para
la recolección de viruta en el área de
producción en empresa de mecanizado
de piezas
Juan Bonilla,
Francisco Cubias,
Salvador Ganuza,
Laura Marchelli
Harvi Luna
El Salvador, San Salvador
Universidad Don Bosco
Diseño, Tecnología e innovación 2
Universidad Don Bosco- DTI
Contenido
1.0 Planteamiento del problema ............................................................................................ 3
2.0 Justificación ..................................................................................................................... 3
3.0 Estudio de Antecedentes ................................................................................................. 4
3.1 Función de las empresas que realizan procesos metalmecánica. ............................... 4
3.1 Antecedentes de las escobas ....................................................................................... 5
3.2 Tipos de viruta. ......................................................................................................... 7
3.3 Los tipos de materiales............................................................................................... 10
4.0 Objetivos ........................................................................................................................ 13
4.1 General....................................................................................................................... 13
4.1.1 Específicos .............................................................................................................. 13
5.0 Preguntas Científicas ..................................................................................................... 13
6.0 Formulación de hipótesis ............................................................................................... 14
7.0 Alcances ........................................................................................................................ 14
8.0 Limitaciones ................................................................................................................... 14
9.0 Metodología ................................................................................................................... 14
9.1 Enfoques .................................................................................................................... 14
9.2 Técnicas de Investigación .......................................................................................... 15
10.0 Cronograma de Actividades ....................................................................................... 16
11.0 Bibliografía ................................................................................................................... 17
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1.0 Planteamiento del problema
Uno de los grandes desafíos a los que se enfrenta una empresa de maquinado de piezas,
es asegurar que sus operarios no salgan lastimados y que rindan el cien por ciento.
Pero también uno de los retos diarios de un taller es poder trabajar con diversidad de
piezas y mantener despejado el área de trabajo, con una limpieza del lugar, para evitar
accidentes.
Los accidentes en una taller se dan por varias situaciones, por la mala utilización de las
herramientas, por el descuido de los operarios, por la mala distribución de la planta y
porque no existe la debida recolección de los desperdicios al terminar de maquinar.
De todos estos problemas que se mencionan, nos enfocaremos en la falta de recolección
de viruta y desperdicios al maquinar. Esta problemática trae consigo no solo accidentes
para el operario, sino al cliente que llega a la empresa a solicitar su pedido y tiene que
pasar por el taller para llegar a las oficinas administrativas. En el trayecto hacia las oficinas,
puede tropezar, deslizarle o cortarse con los desperdicios de materiales que se estén
maquinando. La empresa al no tener una forma eficaz de recolección de viruta o
desperdicios, está teniendo material que se bota y que podría reutilizarse, generando más
ingresos.
Buscando un plan de mejora a nivel innovador se ha visto la necesidad de crear un
instrumento de limpieza que realice la recolección de esa viruta y posteriormente poder
separarla dependiendo del material, todo esto para evitar accidentes, ayudándoles a que
en un futuro puedan crear un plan de reutilización de este material, que elaboren otros
producto de eso y no sea una basura constante. Con ello se busca evitar accidentes en el
personal, ya que si ellos tuvieran un accidente se perderían días de trabajo y dependiendo
del accidente también la empresa puede tener grandes multas.
2.0 Justificación
Se ha observado la necesidad de los operarios de mantener el área de trabajo los más
limpia y despejada posible, por lo cual se plantea un producto que los ayude a solventar
dicha situación, así como también se tiene la necesidad de poder tener un ingreso extra
para el capital de la empresa, por lo cual con este nuevo producto se busca que al
momento de la remoción de los desechos (viruta) se pueda, primero, recoger la mayor
cantidad y también reutilizar o reciclar la mayor cantidad de esta.
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3.0 Estudio de Antecedentes
3.1 Función de las empresas que realizan procesos metalmecánica.
Para dar una pequeña introducción de este tipo de empresas podemos mencionar que son
el conjunto de procesos y actividades que tienen como finalidad transformar las materias
primas en productos elaborados, de forma masiva. Para su desarrollo, dichas empresas
necesitan materias primas y maquinarias y equipos para poder transformarlas1.
Este tipo de empresas a su vez están comprometidos a cumplir con sus clientes, con
entregas en el tiempo establecido, calidad y servicio para poder así llegar a tener la
satisfacción total de las necesidades de todos los clientes con el trabajo realizado de las
personas que conforman estas empresas.
Podemos mencionar también como se ha realizado desde mucho tiempo atrás este tipo de
operaciones a nivel Internacional:
Año Evolución
3500 al 1600
A.C.
Se inicia una primitiva metalúrgica dedicada a la elaboración rudimentarias principalmente
armas, herramientas, vasijas, adornos personales, domésticos y religiosos.
Edad Media Estuvo muy ligada a la purificación de los metales, la acuñación de monedas y la elaboración de armas para la guerra.
Siglo XVIII La Revolución Industrial, consiste en la rápida transformación de la manufactura en una gran industria mecánica con la inclusión de la fuerza motriz. Las herramientas y maquinarias dejan de ser un accesorio para el hombre, ya que el hombre pasa a depender de las máquinas.
1837 al 1901
La industrialización, es el proceso por el cual una comunidad territorial pasa de una economía meramente agrícola a otra fundamentada en el desarrollo de la industria, y ésta representa en términos económicos el sostén fundamental del Producto Interno Bruto y en términos de ocupación ofrece empleo a gran parte de la población.
1950 a la fecha La Globalización, es un proceso económico, tecnológico, social y cultural a gran escala, que consiste en la creciente comunicación e interdependencia entre los distintos países del mundo unificando sus mercados, sociedades y culturas, a través de una serie de transformaciones sociales, económicas y políticas que les dan un carácter global.
Tabla 1, historia de las empresas
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Para las décadas de los 50 y 60 en El Salvador se aplicó de manera sistemática el modelo
de Industrialización por Sustitución de Importaciones, éste tenía como finalidad, reducir la
dependencia externa, diversificar la economía nacional y reforzar el poder de compra del
país. Para ello, era necesario incentivar la inversión industrial a través de políticas
focalizadas.
A partir de la implementación de este modelo surgen diferentes industrias que se centran
principalmente en la Ciudad de Soyapango, entre ellas la metalmecánica, este subsector
según estadísticas del Banco Central de Reserva, contribuyó a la economía del país, para
el año de 1990 alrededor de un 2% del Producto Nacional Bruto. Para el año de 1995 se
conoció que el subsector representó el 4.5% del valor agregado bruto nacional.
Al nivel centroamericano, El Salvador con Guatemala y Costa Rica, conforman el grupo de
países que encabeza el subsector de la metalmecánica.
“La actividad industrial del país ha crecido muy rápidamente desde la época en la que la
industria salvadoreña estaba concentrada en Soyapango. La producción industrial del país
ha subido espectacularmente desde esa época no sólo en términos de dólares sino
también en términos del porcentaje del PIB, de 203 a 4,500 millones de dólares y de 23 a
31 por ciento del PIB en el período 1965-2004. En términos reales (es decir, descontando
el efecto de la inflación), el sector ha estado creciendo a una tasa promedio de 4.2 por
ciento, compuesto desde el final de la guerra. A esa tasa la producción se duplica en
diecisiete años”.
3.1 Antecedentes de las escobas
El producto es una innovación de la convergencia de dos herramientas para limpieza
básica doméstica, como lo son la escoba y el trapeador, a continuación se presentan sus
antecedentes históricos.
La escoba es un instrumento de limpieza y preparación básica, dicho término proviene del
latín Scopa que significa briznas de planta, usadas para barrer. Se usa en nuestros
hogares tanto en la ciudad como en el campo, la escoba de palma debe su primeras
presencias a los colonizadores que la usaban en la higiene de sus casas y pequeñas
industrias y ha vencido el paso del tiempo hasta nuestros años enfrentando la competencia
que le ofrece hoy las de fibras plásticas y sintéticas que atentando contra el medio
ambiente son expresión de la modernidad.
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La historia en general de la escoba se remonta a muchísimos siglos en el pasado en la
Antigua Roma, era tradición de las parteras pasar la escoba por el umbral de la puerta
para proteger de las malas influencias a la madre y su bebé recién nacido. Aún más atrás
fue necesario para el hombre idear una manera de limpiar el espacio que ocupaba del
polvo y la suciedad, entonces pensó en juntar algunas ramas con este propósito; con el
tiempo dichas ramas fueron evolucionando según las necesidades y la propia creatividad
del hombre, hasta convertirse en la magnífica herramienta que hoy en día conocemos.
Figura 1. Escoba de ramas
Este producto que ha evolucionado con el tiempo constituye un mercado potencial a nivel
mundial. Sin embargo, con el uso de la tecnología no ha desaparecido por completo
su estructura inicial. El mercado lo que le ha agregado son atributos, que le permiten
adaptarse a las necesidades del consumidor, pero la función siempre será la misma.
El trapeador, herramienta de uso doméstico que ha revolucionado los métodos de limpieza.
Algunos datos históricos:
1496: Primer uso conocido de un utensilio similar a la fregona: consistía en
estambre unido a un palo de madera y se usaba para limpiar las cubiertas de los
barcos ingleses.
En la actualidad se cuenta con trapeadores mechudos intercambiables, fabricados con hilo,
90% de algodón de alta resistencia y 10% poliéster, lo que garantiza una máxima
absorción, durabilidad y sobre todo gran resistencia. Fig. 2. Trapeador de toalla y
"mechudos".
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No se ha logrado encontrar antecedentes directamente relacionados con la innovación del
producto escoba-trapeador, por lo cual nos limitamos a establecer que nuestro producto
será innovador cuya principal competencia será la limpieza en el entorno del taller
mecánico M&M.
Fig. 2. Trapeador de toalla y "mechudos".
3.2 Tipos de viruta.
3.2.1 Viruta continua.
Se suele formar con materiales dúctiles a grandes velocidades de corte y/o con grandes
ángulos de ataque (entre 10° y 30°). La deformación del material se efectúa a lo largo de
una zona de cizallamiento angosta, llamada primera zona de corte. Las virutas continuas
pueden, por la fricción, desarrollar una zona secundaria de corte en la interface entre
herramienta y viruta. Dicha zona secundaria se vuelve más gruesa a medida que aumenta
la fricción entre la herramienta y la viruta. De forma general, las virutas continuas producen
buen acabado superficial (liso). Las virutas continuas no siempre son deseables, en
especial en máquinas CNC, porque tienden a enredarse en los portaherramientas, los
soportes y la pieza, así como en los sistemas de eliminación de viruta, por lo que se debe
de parar la operación para apartarlas. Tal problema se puede solucionar con los rompe
virutas (reduce la viruta y la corta en tramos cortos) y cambiando los parámetros del
maquinado, como la velocidad de corte, el avance y los fluidos de corte.
Figura 3. Viruta continua
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3.2.2 Viruta de borde acumulado.
Consiste en capas del material de la pieza maquinada, que se depositan en forma gradual
sobre la herramienta. Al agrandarse, esta viruta pierde estabilidad y termina por romperse.
Parte del material de la viruta es arrastrado por su lado que ve a la herramienta y el resto
se deposita al azar sobre la superficie de la pieza. A medida que aumenta la velocidad de
corte, disminuye el tamaño del borde acumulado. La tendencia de formación del borde
acumulado se reduce disminuyendo la velocidad de corte, aumentando el ángulo de
ataque, utilizando una herramienta aguda con un buen fluido de corte.
Figura 4. Viruta de borde acumulado
De forma general, mientras mayor sea la afinidad (tendencia a formar una liga) de los
materiales de la herramienta y la pieza, la tendencia del borde acumulado es mayor.
Además, un trabajo enfrío posee menor tendencia a formar virutas de bode acumulado que
un trabajo en caliente.
3.2.3 Viruta escalonada o segmentada.
Son semicontinuas, con zonas de alta o baja deformación por cortante. Los metales de
baja conductividad térmica y resistencia que disminuye rápidamente con la temperatura,
como el titanio, muestran ese comportamiento. Las virutas tienen un aspecto de diente de
sierra por la parte superior.
Figura 5. Viruta escalonada o segmentada.
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3.2.4 Virutas discontinuas.
Consisten en segmentos que pueden fijarse, firmemente o flojamente entre sí. Se suelen
formar bajo las siguientes condiciones:
1) Materiales frágiles en la pieza, porque no tienen la capacidad de absorber las
grandes deformaciones cortantes que se presentan en corte.
2) Materiales de la pieza que contienen inclusiones e impurezas duras, o que tienen
estructuras como las láminas de grafito en la fundición en gris.
3) Velocidades de corte muy bajas o muy altas.
4) Grandes profundidades de corte.
5) Ángulos de ataque bajos.
6) Falta de un fluido de corte eficaz.
7) Baja rigidez de la máquina herramienta.
Figura 6. Virutas discontinuas.
Por la naturaleza discontinua de la formación de virutas, las fuerzas varían de forma
continua durante el corte. En consecuencia, adquieren importancia la rigidez del
portaherramientas y de los sujetadores de la pieza, así como de la máquina herramienta,
cuando se forman virutas discontinuas. Si no se tiene la rigidez suficiente, la máquina
herramienta puede comenzar a vibrar y eso es perjudicial para el acabado superficial y la
exactitud dimensional del componente maquinado y pude dañar la herramienta de corte
o causar demasiado desgaste.
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3.2.5 Viruta en forma de rizos.
Se obtiene al trabajar aceros blandos, cobre, plomo, estaño y algunos materiales plásticos
con altas velocidades de corte. Todas las virutas desarrollan una curvatura al salir de la
superficie de la pieza. Entre los posibles factores que contribuyen al fenómeno están la
distribución de esfuerzos en las zonas primaria y secundaria de corte, los efectos térmicos,
las características del endurecimiento por trabajo por material de la pieza y la geometría de
la cara de ataque de la herramienta de corte. También, las variables del proceso y las
propiedades del material afectan al formado de rizos de la viruta. En general, el radio de
curvatura baja (la viruta se enrosca más) a medida que disminuye la profundidad de corte;
esto aumenta el ángulo de ataque y disminuye la fricción entre herramienta y viruta.
Además, el uso de fluidos de corte y de diversos aditivos en el material de la pieza influye
en el formado de rizos.
Figura 7. Viruta en forma de rizos.
3.3 Los tipos de materiales
Los tipos de materiales que se maquinan dentro de la empresa que realizaremos la
investigación son el aluminio, hierro y acero. De los cuales podemos describir cada uno de
los componentes que estos presentan.
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3.3.1 Aluminio.
Figura 8. Aluminio
El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de
un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza
terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8 % de la corteza de la tierra y se
encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.
3.3.2 Aplicaciones y usos.
La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes,
tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un material polivalente que se
aplica en ámbitos económicos muy diversos y que resulta estratégico en situaciones de
conflicto. Hoy en día, tan solo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma
pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se
aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como
pueden ser los de los telescopios reflectores.
3.3.4 Hierro.
Figura 9. Hierro
El hierro o fierro (en muchos países hispanohablantes se prefiere esta segunda forma)1 es
un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla
periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latín fĕrrum) y tiene una masa
atómica de 55,6 u.
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3.3.5 Aplicaciones y usos.
El hierro es el metal duro más usado, con el 95 % en peso de la producción mundial de
metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5 %) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo
excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para
formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros
elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades
al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1 %
de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.
El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en
automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. Las aleaciones férreas
presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o
el tratamiento que se haya llevado a cabo.
3.3.6 Acero.
Figura 10. Acero
El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a
una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en
masa de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración
de carbono mayor al 2,14 % se producen fundiciones que, en oposición al acero, son
mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.
Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero
imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura.
Continuando con los desperdicios que se producen dentro de las empresas de maquinado
(viruta) el trato que se piensa dar es que con el producto que realizaremos se recolectará
en un solo lugar y esta a su vez será colocada en sus respectivos contenedores para luego
ser tratada.
Los problemas que genera el no colocar la viruta en su lugar es primeramente que los
trabajadores se sientan incómodos a la hora de realizar las operaciones requeridas en sus
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respectivas máquinas como también un mal aspecto referido al aseo por parte de la
empresa. Si esto no se trata el impacto que tendrá dicha viruta sobre el medio ambiente y
no se logra tratar debidamente está tendrá una repercusión las personas produciendo así
una contaminación en las tuberías como también en los contenedores de agua, además un
daño en la vista si se encuentra es un área libre y se provoque una expansión de esta
viruta en el aire y dañe a las personas. También se pretende ayudar en cuanto a la
seguridad industrial de los trabajadores ya que se ven algunos no utilizar la adecuada
vestimenta durante su tiempo de trabajo, como por ejemplo la falta de gafas de protección,
falta de calzado de cuero, que son demasiados importantes a la hora de manipular un tipo
de máquina que desprenda desperdicios y pueda dañar al operador. Y una propuesta es el
diseño de nuestro producto para satisfacer la necesidad de limpieza dentro de área de
maquinado ayudando así al operador a realizar de la mejor manera su trabajo.
4.0 Objetivos
4.1 General
Diseñar un producto denominado escoba-trapeador que pueda ayudar a la recolección de
la viruta y desperdicios de la empresa de maquinado de piezas en torno y fresadora, para
ayuda de clientes, empleados y a la empresa en general.
4.1.1 Específicos
- Optimizar el espacio en la empresa de maquinado de piezas en torno y fresadora,
con la creación de dos productos en uno solo.
- Comprobar que la escoba – trapeador tiene mayor capacidad de recolección de
viruta que los objetos convencionales
- Conocer el nivel de aceptación de la escoba – trapeador en los empleados de la
empresa de maquinado de piezas.
5.0 Preguntas Científicas
- ¿Puede el espacio de la empresa verse optimizado con la implementación del producto
en estudio?
-¿Este nuevo producto escoba-trapeador, logra recolectar mayor volumen de viruta,
abarcando un área más grande de limpieza en menor tiempo que los utensilios
convencionales?
- ¿Cuál es la opinión de los empleados respecto al uso, diseño, ventajas y limitaciones de
la escoba-trapeador?
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6.0 Formulación de hipótesis
- La Escoba-Trapeador tiene mayor capacidad de recolección de viruta que los
instrumentos convencionales de limpieza y recolección.
- El nuevo producto es aceptado por más del 80% de los empleados de la empresa.
7.0 Alcances
- Este proyecto comprende hasta la recolección y clasificación de los diferentes tipos
de viruta. No se investigarán los diversos procesos de reciclaje que puedan existir
para los desperdicios metálicos. Dicho tema se dejara abierto para futuras
investigaciones.
8.0 Limitaciones
- Poca o muy escasa bibliografía de un producto como una “escoba-trapeadores”
que ayude a enriquecer la investigación para un óptimo diseño.
9.0 Metodología
9.1 Enfoques
Para la presente investigación se utilizará un enfoque mixto, es decir, tanto cuantitativo
como cualitativo. Un análisis cuantitativo porque se realizará la aplicación de encuestas
estructuradas a la muestra seleccionada, conformada por empleados de la empresa,
donde se recopilen y tabulen las diversas opiniones de los encuestados. La parte
cualitativa se medirá por medio de entrevistas, mediciones y observación en los
procesos que involucre la investigación dentro de la empresa. Todo con el objetivo de
saber si la escoba-trapeador, ayudaría a resolver la problemática de los desperdicios en
los alrededores de la zona de trabajo y si lograría la comprobación de las hipótesis
planteada.
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9.2 Técnicas de Investigación
Investigación Documental: Utilizada para fundamentar bibliográficamente el documento. A través de esta técnica, se logrará obtener la teoría requerida por la investigación.
Observación: Se utilizará la observación no estructurada, con el fin de identificar la problemática, de desperdicios en el taller. Aplicada en horas laborales a personal de diferentes departamentos de la Empresa M&M. Analizando su sentido de pertenencia con la empresa, dedicación y desempeño, así como ciertos procedimientos administrativos y de producción.
Entrevista: Se utilizará la entrevista estructurada para la obtención de información sobre el impacto que tienen los desperdicios de los materiales que se maquinan.
Medición: Se tomarán mediciones de las condiciones actuales de recolección de viruta y de las condiciones nuevas a implementar, se incluirán las siguientes variables:
o Tiempo o Volumen o Área o capacidad de cobertura
Técnicas de investigación
Enfoques Enfoque Mixto (Cualitativo y cuantitativo)
Objetivos e Hipótesis
Cualitativo
Observación
Entrevistas
Cuantitativo Medición
Investigación documental
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10.0 Cronograma de Actividades
Actividades
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Presentación de la Propuesta
Análisis de datos y presentación
de resultados
Comprobación de hipótesis
Presentación final/Conclusiones
Mediciones
Desarrollo de Entrevistas
Pruebas/Implementación
Fabricación del producto
Definición de metodología de
investigación
Formulación de hipótesis
Recopilación de Antecedentes
(Bibliográficos y de Observación).
Se requiere visita a la empresa.
Planteamiento del problema
Enero Febrero Marzo Abril Mayo
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11.0 Bibliografía