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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA GRAVEDAD CERO PARA MANIPULACIÓN DE CUBIERTA DE RECINTO

MOTOR EN LA LÍNEA DE ACABADO METÁLICO DE MARESA ENSAMBLADORA

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

TORRES ESPARZA LILIANA GEOCONDA [email protected]

VÁSQUEZ BARAHONA CARLOS ANTONIO

[email protected]

DIRECTOR: ING. RICARDO SOTO MSC [email protected]

Quito, Febrero 2016

DECLARACIÓN

Nosotros, Liliana Geoconda Torres Esparza y Carlos Antonio Vásquez Barahona, declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

Carlos Antonio Vásquez Barahona Liliana Geoconda Torres Esparza

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Liliana Geoconda Torres Esparza y Carlos Antonio Vásquez Barahona, bajo mi supervisión.

Ing. Ricardo Soto MSC DIRECTOR DE PROYECTO

AGRADECIMIENTOS

A mi famila por todo el amor y el apoyo durante todo este tiempo.

A Maresa Ensambladora por darme la oportunidad de aplicar mis conocimientos en

el desarrollo e implementación de un proyecto que ayuda al aliviar el trabajo de la

gente.

Al Ing. Ricardo Soto por la amistad y todo el apoyo y guía recibidos durante la

realización del presente proyecto.

Al Ing. Guillermo Freire por su ayuda en la elaboración de este proyecto.

A la Escuela Politécnica Nacional por ser la Institución gracias a la cual he

aprendido los conocimientos necesarios para desenvolverme como profesional.

Carlos Antonio.

A Dios, por bendecirme cada día y ayudarme a culminar esta etapa.

A Maresa, por darnos las facilidades y el apoyo para implementar este proyecto.

Al Ingeniero Ricardo Soto, por su valiosa contribución y ayuda en el desarrollo de

este proyecto.

Al Ingeniero Guillermo Freire, por su aporte y gestión en la implementación del

sistema.

A mi familia por su amor y su apoyo incondicional.

Liliana.

DEDICATORIA

Este proyecto de titulación va dedicado a mi padre Mario Mauro Vásquez Patiño,

por el amor depositado en mí y por todo el esfuerzo y sacrificio que tuvo que realizar

para que yo pueda cumplir este sueño y los de más sueños que seguirán de aquí

en adelante.

A mi abuelita Mercedes Simbaña y a mi madre Carmen Barahona por todo el amor,

cariño y cuidados recibidos a lo largo de mi vida.

A mis hermanas Adriana, Daysi y Andrea por el amor y el apoyo incondicional del

cual he sido objeto durante todos estos años, gracias por hacer de nuestra familia

una familia muy unida.

A mis tíos Gonzalo y Juan, por ser más que tíos unos verdaderos hermanos.

A mi cuñados Patricio y a mis sobrinas Blanca y Brianna por la felicidad traída con

su sola presencia.

Carlos Antonio.

A Dios, por su fidelidad, gracias por ayudarme cumplir mis sueños.

A mi madre, María Elena por todo su amor y sacrificio. Sin ti no hubiera sido posible

cumplir esta meta, gracias por creer en mí, aunque estés lejos siempre estás en mi

corazón.

A mi padre por su cariño y apoyo, durante este proceso.

A mi hermana Mabe, mi compañerita de la vida, por cuanto hemos pasado, gracias

por ayudarme a crecer y a creer.

A mi hermana Jeaneth y mis sobrinos por su apoyo y cariño

A Blady, por su apoyo incondicional, gracias te debo mucho.

A la memoria de mi abuelito Alfredo.

Liliana.

AUSPICIO

La presente investigación contó con el auspicio financiero del proyecto Mejoras ergonómicas, que se ejecuta en Maresa Ensambladora.

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN xi INTRODUCCIÓN xiii 1 PPROCESO DE ENSAMBLAJE EN MARESA ENSAMBLADORA 1

1.1 Introducción 1

1.2 Áreas de ensamble 2

1.2.1 Soldadura de cabinas y baldes 2 1.2.2 Acabado Metálico 2 1.2.3 Fosfatizado 3 1.2.4 Elpo 4 1.2.5 Pintura 4 1.2.5.1 Sellado 4 1.2.5.2 PVC 5 1.2.5.3 Fondo 5 1.2.5.4 Esmalte y Barniz 5 1.2.6 Armado de chasis 5 1.2.7 Vestidura de chasis y camionetas 6 1.2.8 Preentregas 7

1.3 Área de acabado Metálico 7 2 ANÁLISIS ERGONÓMICO 8

2.1 Estación de montaje recinto motor 8

2.2 Especificaciones de cubierta recinto motor 8

2.3 Descripción de montaje 8

2.4 Riesgos 9

2.5 Análisis ergonómico 10 2.5.1 Método OWAS 10 2.5.1.1 Primer dígito Código de Postura 10 2.5.1.2 Segundo dígito Código de Postura 11 2.5.1.3 Tercer dígito Código de Postura 11 2.5.1.4 Cuarto dígito Código de Postura 12 2.5.2 Análisis Ergonómico de la colocación de cubierta recinto motor 14 3 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO 18

ii

3.1 Definición del problema 18

3.2 Parámetros funcionales 18 3.2.1 Pesos y tamaños máximos 19 3.2.2 Materiales 20 3.2.3 Operación de la máquina 20 3.2.4 Mantenimiento 20 3.3 Análisis de alternativas 20 3.3.1 Primera alternativa 21 3.3.1.1 Ventajas primera alternativa 21 3.3.1.2 Desventajas primera alternativa 22 3.3.2 Segunda alternativa 22 3.3.2.1 Ventajas segunda alternativa 22 3.3.2.2 Desventajas segunda alternativa 23 3.3.3 Tercera alternativa 23 3.3.3.1 Ventajas tercera alternativa 24 3.3.3.2 Desventajas tercera alternativa 24 3.4 Análisis y selección 24 3.4.1 Parámetros de evaluación 24 3.4.1.1 Espacio que ocupa el mecanismo 24 3.4.1.2 Mantenimiento 25 3.4.1.3 Facilidad de ensamble 25 3.4.1.4 Facilidad de operación 25 3.4.1.5 Versatilidad 25 3.4.1.6 Cuidado en la manipulación de la pieza 26 3.4.2 Calificación de alternativas 26 3.4.3 Selección de alternativa 27 4 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA 28 4.1 Diseño del mecanismo 29 4.2 Diseño brazo manipulador 30 4.2.1 Análisis de fuerzas 30 4.2.2 Análisis de esfuerzos 32 4.2.3 Análisis de deformación 33 4.2.4 Análisis factor de seguridad 34 4.2.5 Diseño y comprobación elemento crítico 34 4.2.6 Diseño de pasadores 37 4.2.6.1. Selección del pasador 38 4.3 Diseño de la estructura 39 4.3.1 Análisis de esfuerzos 39 4.3.2 Análisis de deformación 40 4.3.3 Análisis de factor de seguridad 40

iii

4.3.4 Comprobación por pandeo lateral 41 4.3.5 Diseño del elemento crítico 43 4.3.6 Diseño y selección de pernos de anclaje 46 4.3.7 Selección de rodamientos 48 4.3.7.1 Cálculo y selección del rodamiento cónico 49 4.3.7.2 Cálculo y selección rodamiento rígido de bolas 50 4.4 Circuito Neumático de manipulación por vacío 51 4.4.1 Cilindros neumáticos 53 4.4.1.1 Cálculo de cilindros 54 4.1.1.2 Selección de cilindros 55 4.4.2 Ventosas 56 4.4.3 Generador de vacío 57 4.4.4 Filtro de aire 59 4.4.5 Accesorios 59 4.4.5.1 Pulsador de activación de ventosas 59 4.4.5.2 Silenciadores 59 4.4.5.3 Válvulas de control 59 5 CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN 60 5.1 Descripción del proceso de construcción y montaje 60 5.1.1 Materiales 60 5.1.1.1 Componentes directos 61 5.1.1.2 Equipos y Herramientas 61 5.1.1.3 Instrumentos de medición 62 5.1.2 Construcción del manipulador 62 5.1.3 Montaje 62 5.1.3.1 Montaje brazo manipulador 62 5.1.3.2 Montaje estructura 63 5.1.3.3 Instalación de circuito neumático 64 5.2 Compra de materiales 65 5.3 Costos 65 5.3.1 Análisis para costos directos 66 5.3.1.1 Costo de componentes directos 66 5.3.1.2 Costo de maquinado 67 5.3.1.3 Costo de montaje 68 5.3.1.4 Total de costos directos 68 5.3.2 Análisis para costos indirectos 68 5.3.2.1 Costos Insumos indirectos 68 5.3.2.2 Costo de diseño 69 5.3.2.3 Costo imprevistos 70 5.3.2.4 Total costos indirectos 70 5.3.3 Costo total del proyecto 70

iv

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 71 6.1 Conclusiones 71 6.2 Recomendaciones 72 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 73 ANEXOS 74

v

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA Tabla 2.1. Especificaciones cubierta recinto motor 8

Tabla 2.2. Valores del Primer dígito del Código de Postura 11

Tabla 2.3. Valores del Segundo dígito del Código de Postura 11

Tabla 2.4. Valores del Tercer dígito del Código de Postura 12

Tabla 2.5. Valores del Cuarto dígito del Código de Postura 12

Tabla 2.6. Categorías de Riesgo asociadas a los "Códigos de postura” 13

Tabla 2.7. Categorías de riesgo 13

Tabla 2.8 Resumen de códigos de postura obtenidos en análisis

ergonómico y Categorías de riesgo 16

Tabla 2.9 Acciones correctivas ligadas a cada Categoría de riesgo 16

Tabla 2.10. Análisis de posturas en cada categoría de riesgo 17

Tabla 3.1. Análisis de factor de ponderación 26

Tabla 3.2. Calificación de alternativas 27

Tabla 4.1. Fuerzas en el elemento 2 35

Tabla 4.2.

Elementos circuito neumático 53

Tabla 5.1.

Componentes directos 61

Tabla 5.2 Equipos y Herramientas

61

Tabla 5.3 Materiales que requieren compra

65

Tabla 5.4 Costo componentes neumáticos

66

Tabla 5.5 Costo componentes directos disponibles en bodega de planta

67

Tabla 5.6. Costo de procesos de maquinado

67

Tabla 5.7. Costos de montaje

68

Tabla 5.8. Total costos directos 68

vi

Tabla 5.9. Costo insumos indirectos 69

Tabla 5.10. Costos de diseño 69

Tabla 5.11. Total de costos indirectos 70

Tabla 5.12. Costo total del proyecto

70

Tabla AI.1. Catálogo para selección de pernos de anclaje 76

Tabla AII.1. Catálogo para selección de rodamiento cónico 77

Tabla AIII.1. Catálogo para selección de rodamiento rígido de bolas 78

vii

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA Figura 1.1. Proceso de Soldadura de Cabinas 2

Figura 1.2. Proceso de Acabado Metálico 3

Figura 1.3. Proceso de fosfatizado 3

Figura 1.4. Unidad luego de proceso ELPO, en enfriamiento 4

Figura 1.5. Unidades en línea de aprobación Pintura 5

Figura 1.6. Bastidor de chasis en jig de comprobación 6

Figura 1.7. Casamiento Chasis Cabina 6

Figura 1.8. Colocación cubierta recinto motor 7

Figura 2.1. Colocación de cubierta recinto motor 9

Figura 3.1. Dimensiones de la estructura de Acabado Metálico 19

Figura 3.2. Sistema Puente Grúa y tecle eléctrico 21

Figura 3.3. Sistema Manipulador por gravedad cero 22

Figura 3.4. Sistema Pluma 23

Figura 4.1. Mecanismo manipulador cubierta recinto motor 28

Figura 4.2. Fuerzas mecanismo con cubierta en posición horizontal 29

Figura 4.3. Fuerzas mecanismo con los cilindros carrera máxima 29

Figura 4.4. Identificación elementos brazo manipulador

30

Figura 4.5. Identificación pasadores brazo manipulador 31

Figura 4.6. Rango de esfuerzos en brazo manipulador 33

Figura 4.7. Análisis deformaciones brazo manipulador 33

Figura 4.8. Análisis factor de seguridad brazo manipulador 34

Figura 4.9. Fuerzas en el elemento 2

34

viii

Figura 4.10. Fuerzas elemento 2, tramo AB

35

Figura 4.11. Sección trasversal tubo estructural cuadrado 36

Figura 4.12. Fuerza aplicada para análisis de estructura 39

Figura 4.13. Análisis de esfuerzos en la estructura 40

Figura 4.14. Análisis de deformación en la estructura 40

Figura 4.15. Análisis de factor de seguridad en la estructura 41

Figura 4.16. Estado de cargas en la estructura 41

Figura 4.17. Relación demanda capacidad 42

Figura 4.18. Análisis de condiciones máximas a las que está sometida la estructura

42

Figura 4.19. Diagrama de cargas aplicadas en placa base 43

Figura 4.20. Circuito neumático manipulador cubierta recinto motor 52

Figura 4.21. Esquema de cilindro neumático 54

Figura 4.22. Esquema de un eyector de vacío 58

Figura 5.1. Elementos brazo manipulador 62

Figura 5.2 Elementos estructura manipulador 63

Figura AI.1. Características de pernos Hilti 75

Figura AIV.1 Características técnicas cilindros neumáticos 79

Figura AIV.2 Catálogo selección cilindros neumáticos 80

Figura AV.1 Catálogo para selección de ventosas 81

Figura AV.2. Codificación para selección de ventosas 82

Figura AVI.1. Curvas de caudal para selección de eyector de vacío 83

Figura AVI.2. Codificación para selección de eyector de vacío 84

Figura AVII.1. Fotografías del montaje 85

Figura AVIII.1 Cotización 86

ix

Figura IX Planos 87

x

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA ANEXO I Características y especificaciones pernos de anclaje 75 ANEXO II Especificaciones rodamiento cónico 77 ANEXO III Especificaciones rodamiento de bolas 78 ANEXO IV Especificaciones cilindros neumáticos 79 ANEXO V Especificaciones ventosas 81 ANEXO VI Especificaciones eyector de vacío 83 ANEXO VII Fotografías del montaje 85 ANEXO VIII Detalle de costos 86 ANEXO IX Planos 87

xi

RESUMEN

El objetivo del presente trabajo fue automatizar el proceso de montaje de la cubierta

recinto motor, en la línea de acabado metálico de la Ensambladora Maresa. Para

esto se realizó un análisis ergonómico con la ayuda del método OWAS, que

permitió verificar si las posiciones que adopta el operario durante la colocación de

la cubierta, generan riesgo de lesiones.

Al transportar un elemento con un peso de 25 kg y una complicada geometría, se

validó que el 83,33% de las posiciones que adopta el operario le generan un alto

riesgo de sufrir trastornos musculo esqueléticos, por lo que se requirió una

intervención inmediata para modificar la forma como se instala ésta cubierta en las

camionetas.

La automatización del proceso consistió en construir un manipulador que facilite el

transporte de la cubierta, este mecanismo utiliza la técnica de vacío. Su

construcción se realizó en tres partes, la primera consistió en una estructura

formada por un perfil IPN, con una parte móvil ubicada en su parte superior, de

3200 mm de longitud, capaz de girar un ángulo de 180°, estructura que permitió

trasladar la cubierta desde su sitio de almacenamiento hasta la unidad. Sobre esta

parte móvil se diseñó y construyó la segunda parte, un brazo manipulador, formado

por una estructura donde se instalaron dos cilindros neumáticos que le permiten al

brazo adoptar las posiciones requeridas para tomar la cubierta en posición vertical

y colocarla horizontalmente sobre la unidad ensamblada. Con el brazo como parte

de la estructura, se instaló la tercera parte, un circuito neumático de manipulación

por vacío, este circuito utiliza eyectores para generar el vacío, estos se conectan a

ventosas que son elementos que permitieron trasladar la cubierta, manteniéndola

adherida por la fuerza que genera el vacío.

Aparte de las comprobaciones teóricas realizas se utilizaron algunos software para

diseñar este manipulador, dentro de estos tenemos Solid Works, AutoCAD, SAP.

El factor mínimo de seguridad de los elementos que forman el dispositivo fue de 2,

lo que asegura que el dispositivo funcionara de manera adecuada.

xii

Luego de implementado el proyecto, se pasó de trasladar un peso de 25 kg a 0 kg,

ya que se eliminó completamente la interacción entre el operario y el elemento, es

el manipulador el que realiza el trabajo.

Se mejoró la calidad del proceso, la cubierta sufría un promedio de 2 golpes durante

el transporte e instalación, ya que la manipulación era manual, la disminución de

defectos por unidad pudo ser cuantificada con un porcentaje de 98%.

El proyecto permitió eliminar al 100% el riesgo de lesiones de los operarios que

colocan la cubierta recinto motor.

xiii

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, las empresas del Ecuador han tenido un gran avance en el

campo de las mejoras ergonómicas, adecuando sistemas, productos, sitios de

trabajo y entornos; a las características, limitantes y necesidades de sus

trabajadores, buscando optimizar su eficiencia, seguridad y bienestar. Reduciendo

el esfuerzo de los empleados en tareas determinadas, permitiendo un aumento en

la productividad.

De acuerdo a las actividades que se realicen en cada estación, deben analizarse

cuidadosamente las tareas que un operario ejecuta, con el fin de eliminar el riesgo

de lesiones que puede generarse debido a malas posturas o manipulación de

materiales con pesos excesivos.

Actualmente, algunas operaciones se asignan sin tomar en cuenta distintos factores

que podrían poner en riesgo la salud del operario.

Estos problemas obligan a concentrar el análisis de riesgos de operación en las

estaciones donde se tiene mayor probabilidad de lesión debido al sobre esfuerzo

que involucra la ejecución de la una determinada tarea.

Se propone la construcción de un sistema de gravedad cero para manipulación de

la cubierta del recinto de motor, con el fin de eliminar factores de riesgo que se

presentan durante el manejo manual de cargas, factores que incrementan la

posibilidad de que el operario desarrolle trastornos musculo esqueléticos.

Para cumplir con este objetivo se ha diseñado un mecanismo que consta de

pistones y ventosas neumáticas que agarran al recinto de motor, lo elevan y

posicionan sobre la unidad, eliminando el esfuerzo que implica cargar este

elemento.

xiv

Este mecanismo se trasladará por un riel y estará soportado en una estructura

metálica construida con perfil de acero y diseñada de forma que brinde estabilidad

y seguridad.

En definitiva el objetivo de esta tesis es eliminar el riesgo ergonómico, al que está

expuesto un operario, implementando un sistema que facilite el traslado e

instalación de la cubierta recinto motor, un componente de elevado peso y

complicada geometría.

Este mecanismo está dirigido hacia todas las empresas, enfocado a las

operaciones que manejan pesos excesivos, presentando un mecanismo de fácil de

operación y de mantenimiento.

1

CAPÍTULO 1

PROCESO DE ENSAMBLAJE EN MARESA

ENSAMBLADORA

1.1. INTRODUCCIÓN

Maresa “Manufacturas, Armadurías y Repuestos Ecuatorianos S.A.” es una

empresa automotriz dedicada al ensamble y distribución de vehículos y auto

partes, enfocada en satisfacer los requerimientos de los clientes, manteniendo

altos estándares de calidad, eficiencia y productividad.

Se fundó en Quito en el año 1976 como una de las empresas precursoras en la

industria automotriz ecuatoriana.

Luego de un sólido crecimiento de más de tres décadas, MARESA ha evolucionado

hasta constituirse en una de las mejores ensambladoras de vehículos. Posee un

eficiente sistema de manufactura y es capaz de adaptarse a los cambios que

demanda el mercado actual.

En la actualidad la operación de Mazda es manejada en forma exclusiva en el

Ecuador por Maresa Ensambladora, e incluye la importación y distribución de

vehículos de última generación, que se comercializan a través de su propia red de

concesionarios ubicados a nivel nacional. Desde su fundación Maresa ha

contribuido al desarrollo del país, generando diversas fuentes de empleo,

fortaleciendo el desarrollo de mano de obra calificada.

MARESA en su permanentemente búsqueda por mejorar el desempeño de sus

procesos y minimizar los efectos de ellos en su personal y en el medio ambiente,

aplica un Sistema Integrado de Gestión bajo normas ISO referentes Gestión de

Calidad, Gestión Ambiental y Salud y Seguridad.

2

1.2. ÁREAS DE ENSAMBLAJE

Maresa cuenta con una planta industrial ubicada en San Antonio de Pichincha,

dispone de una amplia infraestructura, que le permite el eficiente desempeño de

sus operaciones, dispone de 244.020 metros cuadrados de terreno y 14.000 metros

cuadrados de planta industrial. La capacidad de producción instalada es de 15400

camionetas por año. La planta industrial está compuesta por las siguientes áreas:

1.2.1. SOLDADURA DE CABINAS Y BALDES

Es el área donde se arma la estructura de la cabina y el balde, cuenta con cuatro

estaciones en cada línea de trabajo, cada estación posee mesas llamadas jigs,

que son moldes que sobre los que se colocan las piezas a ser soldadas y garantizan

su posición exacta. Mediante un proceso de soldadura por puntos, las piezas

metálicas se unen y son armadas en subconjuntos, que formarán la estructura final.

Cada unidad pasa por un proceso de control de calidad.

Figura 1.1. Proceso de Soldadura de Cabinas

1.2.2. ACABADO METÁLICO

En esta sección la unidad armada que se encuentra en chapa metálica, ingresa a

nueve estaciones donde se instalan las puertas, compuertas, cubierta del recinto

3

de motor, guardafangos. Se realizan además trabajos de enderezado, pulido y se

dejan los paneles con las holguras y enrases especificados.

Figura 1.2. Proceso de Acabado Metálico

1.2.3. FOSFATIZADO

La unidad aún en chapa metálica, debe pasar por un tratamiento químico previo

al proceso de pintura, que asegure la adherencia y brinde la protección

anticorrosiva especificada, cabinas, baldes y chasis transportados por tecles,

ingresan en siete cubas o tinas que contienen químicos desengrasantes,

fosfatizantes y pasivadores; este proceso da la primera capa de protección al metal

contra la corrosión. Cuando las unidades terminan su proceso de pretratamiento,

se les da un enjuague por aspersión con agua desionizada y se sopletea los

espacios interiores, eliminando el exceso de agua.

Figura 1.3. Proceso de fosfatizado

4

1.2.4. ELPO

El proceso ELPO llamado también cataforesis consiste en aplicar una capa de

pintura, mediante electrodeposición catódica. Se aplica una carga de corriente

continua a la unidad sumergida en una cuba de pintura con partículas

opuestamente cargadas, estas partículas son atraídas a la chapa metálica,

formando una película protectora. Posterior a esto las unidades pasan por dos

procesos de ultra filtrado, para retirar el exceso de pintura, e ingresan luego al horno

de secado por aproximadamente 20 minutos. Maresa ha invertido más de 8

millones de dólares para incorporar este proceso a su planta industrial, reforzando

la calidad de la pintura de sus unidades ensambladas.

Figura 1.4. Unidad luego de proceso ELPO, en enfriamiento

1.2.5. PINTURA

En la sección de pintura las unidades se someten a diversos procesos que se

describen a continuación:

1.2.5.1. Sellado

Aplicación de capas de sellante bajo el piso de las unidades y en las juntas que

sean requeridas para evitar corrosión o filtraciones de agua.

5

1.2.5.2. PVC

Aplicación de un polímero que brinda recubrimiento de protección bajo piso, contra

la corrosión, se aplica en cabinas y baldes; requiere secado en horno.

1.2.5.3. Fondo

Aplicación de una capa de pintura de color base similar al definitivo con el que

saldrá la unidad, este proceso se realiza en una cámara con circulación forzada

de aire, requiere secado en horno.

1.2.5.4. Esmalte y barniz

Aplicación de una capa de pintura del color definitivo de la unidad. Seguido de una

aplicación de barniz que sirve de película protectora. Requiere secado en horno.

Los procesos descritos son evaluados bajo estrictos estándares de calidad.

Figura 1.5. Unidades en línea de aprobación Pintura

1.2.6. ARMADO DE CHASIS

Los bastidores de chasis son la estructura sobre la cual se asienta el vehículo

(cabina y balde), están formados por largueros, soportes y travesaños.

6

La estructura se ensambla con la ayuda de jigs de posicionamiento y un proceso

de soldadura MAG. Los bastidores pasan luego por un proceso de nivelado, ajuste

y control de calidad, previo a recibir el recubrimiento de ELPO, luego del cual se

envían a vestidura.

Figura 1.6. Bastidor de chasis en jig de comprobación

1.2.7. VESTIDURA DE CHASIS Y CAMIONETAS

Se denomina vestidura al proceso de instalación de las distintas partes que

componen la unidad. En tres diferentes líneas de producción se ensamblan chais,

baldes y cabinas. Se puede mencionar por ejemplo la colocación de: arnés, motor,

transmisión, tanque de combustible. Existen dos estaciones denominadas

“casamiento”, en estas, se juntan el chasis con la cabina ya ensamblados y luego

a este conjunto se le añade el balde. Todos los procesos productivos cuentan con

puntos de inspección donde se verifica que se cumplan los estándares definidos.

Figura 1.7. Casamiento Chasis Cabina

7

1.2.8. PREENTREGAS

En esta sección se verifica que la unidad este de acuerdo a las especificaciones

técnicas y de apariencia establecidas. Se somete a la unidad terminada a una

prueba de ruta donde se verifica el frenado y funcionamiento del vehículo en

condiciones extremas, además se realizan procesos como: alineación, cuadre de

puertas, prueba de agua, pulido e inspección final.

1.3. ÁREA DE ACABADO METÁLICO

Es importante el análisis del área de acabado metálico, ya que allí se desarrolla el

presente proyecto, esta sección consta de 9 estaciones de trabajo. Inicia con un

proceso de inspección de soldadura, donde se verifican las juntas soldadas

mediante pruebas de cincel y martillo.

Tiene 8 estaciones adicionales, distribuidas entre enderezado y colocación de

partes como: paneles de puertas, compuerta, guardafango, cerchas de techo y la

cubierta recinto motor, a cuya instalación realizaremos un análisis ergonómico. Este

análisis tiene por objeto verificar, en condiciones actuales, la afectación o riesgo al

que está expuesto la persona que ejecuta esta operación, así como también la

necesidad de una intervención para mejorar, modificar o automatizar el proceso.

Figura 1.8. Colocación cubierta recinto motor

8

CAPÍTULO 2

ANÁLISIS ERGONÓMICO

2.1. ESTACIÓN DE MONTAJE RECINTO MOTOR

La estación de montaje recinto motor, se encuentra en la sección de Acabado

Metálico, ocupa un área de 16 m2. De acuerdo al balanceo de línea establecido, se

ha designado un operario, encargado de todas las actividades que allí se realizan,

esto es: colocación de la cubierta recinto motor y paneles de puertas. El tiempo

fijado para el paso de cada unidad es de 11 minutos.

2.2. ESPECIFICACIONES DE CUBIERTA RECINTO MOTOR

Las cubiertas recinto motor llegan desde Japón en plataformas de madera,

embaladas en grupos de 20 unidades, almacenadas en posición vertical. Las

principales características de la cubierta recinto motor son las siguientes:

Tabla 2.1. Especificaciones cubierta recinto motor

MATERIAL ACERO

DIMENSIONES 1.48 x 1.20 m

FORMA RECTANGULAR

PESO 25 Kg

2.3. DESCRIPCIÓN DE MONTAJE

El montaje de este elemento es un proceso riesgoso y complicado. Las cubiertas

recinto motor están ubicadas a 4 metros de la cabina y 40 cm sobre el nivel del

piso, el operario se inclina para tomar la cubierta de la plataforma, la levanta, y la

gira a la posición en la que debe ser colocada, camina hacia la cabina y apoya la

cubierta en su abdomen para mejorar el manejo de este elemento. Luego apoya la

9

cubierta sobre la unidad y debe hacer coincidir las bisagras de los extremos para

asegurar la cubierta.

Es importante tener en cuenta que la geometría del elemento hace muy complicada

su manipulación.

Figura 2.1. Colocación de cubierta recinto motor

2.4. RIESGOS

El manejo manual de cargas es una operación que consiste en transportar un objeto

que requiere ser movido de un lugar a otro, involucrando el esfuerzo humano. Esta

tarea genera riesgos, que pueden ir desde fatiga física, cortes, heridas hasta

lesiones musculo esqueléticas en zonas sensibles como espalda, brazos, hombros.

El peso máximo recomendado, bajo condiciones óptimas de manipulación es de 25

kg. Sin embargo para evitar la exposición a lesiones, las cargas no deben

sobrepasar los 15 kg. A más del peso deben considerarse otros factores de riesgo

en la manipulación de un objeto, tales como: geometría del elemento, frecuencia

de la actividad, esfuerzo físico involucrado (Cortés, 2007, p.336; Azcuénaga, 2007,

p.73).

Es necesario evaluar el riesgo al que puede estar expuesto un trabajador durante

la colocación de la cubierta recinto motor, para esto se realizará un análisis

ergonómico de la actividad, de manera que puedan generarse acciones que

minimicen los riesgos existentes.

10

2.5. ANÁLISIS ERGONÓMICO

Se define como ergonomía a la adecuación entre el puesto de trabajo y la persona.

Existen varios métodos de evaluación ergonómica, que analizan los riesgos en las

actividades que realiza un trabajador, su aplicación tiene como objetivo principal,

plantear opciones que permitan reducir los riesgos y prevenir lesiones. Dentro de

los principales métodos se pueden mencionar: NIOSH, OWAS, RULA, REBA. Para

el caso de este análisis se utilizó el método OWAS. (González, 2007, p.42; Cuesta,

Ceca y Mas 2012, p.8).

2.5.1. METODO OWAS

El método OWAS, permite realizar de manera sencilla un análisis postural. Está

basado en la observación de las diferentes posiciones que adopta el trabajador

mientras desarrolla una tarea. Este método distingue 4 “Categorías de riesgo” que

se califican con valores entre 1 y 4 siendo 1 el mínimo y 4 el de mayor riesgo. Las

categorías de riesgo se obtienen luego de analizar el “Código de postura”. Debe

obtenerse un código de postura para cada posición que adopta el trabajador

durante la ejecución de la tarea. Los códigos están formados por cuatro dígitos,

cada dígito se obtiene de tablas, en las que están detalladas y valoradas las

posiciones que adoptan la espalda, brazos y piernas del trabajador durante la

operación, el último digito tiene que ver con el peso del elemento que transporta

(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.87).

2.5.1.1. Primer dígito Código de Postura

Este dígito se establece de acuerdo a la posición que adopte la espalda durante la

ejecución de la tarea. A pesar de que el método no especifica grados de inclinación,

valores mayores a 20° pueden ser considerados para definir un cambio de postura.

11

Tabla 2.2. Valores del Primer dígito del Código de Postura


2.5.1.2. Segundo dígito Código de Postura

El segundo dígito se establece de acuerdo a la posición de los brazos, los hombros

se consideran el nivel de referencia, para definir elevación.

Tabla 2.3. Valores del Segundo dígito del Código de Postura

(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.90)

2.5.1.3. Tercer dígito Código de Postura

El tercer dígito se establece de acuerdo a la posición que adoptan las piernas

durante la ejecución de la tarea. Para el análisis de este parámetro no se

establecen grados, sin embargo, para definir flexión, se consideran valores iguales

o menores a 150°, del ángulo formado entre: muslos y pantorrillas.

12

Tabla 2.4. Valores del Tercer dígito del Código de Postura


2.5.1.4. Cuarto dígito Código de Postura

El cuarto dígito de este Código se establece de acuerdo al peso de la carga

manejada.

Tabla 2.5. Valores del Cuarto dígito del Código de Postura


13

Una vez obtenidos los cuatro dígitos del Código, se puede identificar la Categoría

de riesgo de acuerdo a la Tabla 2.6.

Tabla 2.6. Categorías de Riesgo asociadas a los "Códigos de postura".


La categoría de riesgo obtenida se analiza en base a la Tabla 2.7.

Tabla 2.7. Categorías de riesgo


El requerimiento de una intervención dependerá de la categoría en la que se ubique

cada código encontrado. La categoría 1, no presenta riesgo de lesión, la categoría

2, presenta un riesgo leve, requiere que se realicen mejoras en el proceso, pero

estas no son urgentes; mientras que las categorías 3 y 4 requieren cambio o

rediseño de la actividad, de manera urgente, de hecho la categoría 4, es

considerada crítica e intolerable (Llaneza, 2009, p.320).

14

Luego de analizado el método es posible realizar el análisis ergonómico de la

colocación de la cubierta recinto motor.

2.5.2. ANÁLISIS ERGONÓMICO DE LA COLOCACIÓN DE CUBIERTA

RECINTO MOTOR

Para el análisis ergonómico se analizaron 6 posturas que adopta el trabajador

mientras coloca la cubierta sobre la unidad.

Sección: Acabado Metálico

Actividad: Colocación cubierta Recinto motor

Operario: Luis Ramiro Muñoz

Antigüedad en el puesto: 4 años

· Análisis Primera postura

· Análisis Segunda postura

Mayor a 20 Kg

4 2 4 3

Valores obtenidos deTabla 2.3.

Brazos

Un brazo bajo y otro elevado

Tabla 2.4.Piernas

Piernas flexionadas peso equilibrado

Inclinada con giro

EspaldaTabla 2.2. Tabla 2.5.

Carga

Inclinada Un brazo bajo y otro

elevadoCaminando Mayor a 20 Kg

2 2 7 3

Valores obtenidos deTabla 2.2. Tabla 2.3. Tabla 2.4. Tabla 2.5.Espalda Brazos Piernas Carga

15

· Análisis Tercera postura

· Análisis cuarta postura

· Análisis Quinta postura

· Análisis Sexta postura

Inclinada Un brazo bajo y otro

elevadoCaminando Mayor a 20 Kg

2 2 7 3


DerechaUn brazo bajo y otro

elevadoPiernas flexionadas

peso equilibradoMayor a 20 Kg

1 2 4 3


Inclinada Los dos brazos

bajos Piernas flexionadas


2 1 4 3


Inclinada Los dos brazos

bajos Piernas flexionadas


2 1 4 3


16

En la siguiente tabla se muestran los códigos de postura, obtenidos en el análisis

ergonómico de la colocación de la cubierta recinto motor, así como la Categoría de

riesgo asignada a cada código, tomado de la Tabla 2.6.

Tabla 2.8. Resumen de códigos de postura obtenidos en análisis ergonómico y Categorías de riesgo

NÚMERO DE POSICIÓN

ESPALDA BRAZOS PIERNAS CARGA CATEGORÍA DE

RIESGO

1 4 2 4 3 4 2 2 2 7 3 4

3 2 2 7 3 4

4 1 2 4 3 2

5 2 1 4 3 3

6 2 1 4 3 3

Luego de obtener las categorías de riesgo es importante analizar las acciones

correctivas ligadas a cada una de ellas.

Tabla 2.9. Acciones correctivas ligadas a cada Categoría de riesgo

CATEGORÍA DE RIESGO

CLASIFICACIÓN DE POSTURAS ACCIÓN CORRECTIVA

4 Posturas con riesgo extremo de lesiones sobre el sistema músculo-esquelético.

Intervención inmediata, cambio, rediseño de la tarea

4

4

2 Postura con ligero riesgo de lesiones al sistema

músculo-esquelético.

Se requieren acciones correctivas,

no de manera urgente.

3 Postura con alto riesgo de lesiones sobre el sistema

músculo-esquelético.

Deben tomarse acciones

correctivas lo antes posible. 3

En la siguiente tabla podemos identificar en porcentaje las posturas adoptadas por

el trabajador en cada categoría de riesgo.

17

Tabla 2.10. Análisis de posturas en cada categoría de riesgo

CATEGORÍA DE RIESGO

PORCENTAJE DE POSTURAS

1 0 %

2 16,66 %

3 33,33 %

4 50,00 %

Los resultados obtenidos demuestran que un 83.33% de las posturas que adopta

el trabajador, durante la colocación de la cubierta recinto motor, tienen alto y

extremo riesgo de generar lesiones, requieren intervención inmediata. Existen

varias maneras de mejorar el manejo manual de cargas, puede reestructurarse el

método de trabajo, validar un rediseño de la carga, que para este caso no es

posible. Se plantea entonces la automatización del proceso, para eliminar los

riesgos a la salud de los trabajadores, y mejorar el manejo de la cubierta.

18

CAPÍTULO 3

ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

3.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Las diferentes piezas que se colocan en el área de Acabado Metálico, son

manipuladas a mano, durante su almacenamiento, traslado y colocación.

Cada pieza tiene su propio peso y geometría, dependiendo de estos dos

parámetros la dificultad de manipulación puede llegar a ser crítica. Es por esto que,

con la ayuda de un mecanismo para manipular cargas, se reducen las operaciones

críticas e inseguras para los operarios, eliminado el riesgo ergonómico y facilitando

el traslado de la cubierta recinto motor.

Con estos antecedentes, se analizan parámetros y requerimientos funcionales,

para dar una alternativa que cumpla con las expectativas planteadas.

3.2. PARÁMETROS FUNCIONALES

La determinación de los parámetros de diseño, se realiza en función de las

necesidades de manipulación de la planta Maresa Ensambladora, ubicada en la

zona de la Mitad del Mundo, en donde se pretende instalar un mecanismo

manipulador de la cubierta de recinto de motor.

La capacidad del mecanismo se determinó pesando, midiendo longitud y ancho de

la cubierta del recinto de motor, por lo tanto el manipulador deberá tener una

capacidad para elevar 25 Kg y abarcar una pieza de longitud 1480 mm y ancho

1200 mm. Cubrir además un radio de 3200 mm que es la distancia entre la posición

de almacenamiento y la unidad.

19

3.2.1. PESOS Y TAMAÑOS MÁXIMOS

Este manipulador debe instalarse en el área de Acabado Metálico, por lo tanto la

estructura soporte no debe sobrepasar los 2580 mm en altura y la cubierta de

recinto de motor debe trasladarse en un radio de 3200 mm.

Figura 3.1. Dimensiones de la estructura de Acabado Metálico

En el área de Acabado Metálico el espacio es limitado, debido a la cantidad de

racks que se almacenan en los extremos, para que las partes estén lo más cerca

posible a los operarios, razón por la que este mecanismo debe trasladar la cubierta

sobre el suelo, para aprovechar el espacio.

La operación de este mecanismo tiene que ser realizada por un solo operario, por

lo tanto se debe tener acceso manual y visual a todas las partes del manipulador,

con el fin de poder reaccionar a cualquier eventualidad; el peso de la cubierta debe

ser prácticamente eliminado para que la manipulación sea más sencilla.

20

3.2.2. MATERIALES

El manipulador no va estar expuesto a ningún ambiente abrasivo y no va a tener

contacto con componentes químicos, por lo que se construirá en acero al carbono

con recubrimiento de fondo y pintura en esmalte.

3.2.3. OPERACIÓN DE LA MÁQUINA

El diseño debe garantizar que se pueda obtener un equipo de fácil operación.

Además se trata de conseguir que la máquina pueda ser manejada por cualquier

operario y que no sea indispensable tener mano de obra calificada, sino solamente

práctica de manejo. Un solo operario debe manipular y supervisar el equipo sin

problema, por lo que es necesario que tenga el menor número de piezas y

operaciones, además que las dimensiones permita un correcto control del

mecanismo.

3.2.4. MANTENIMIENTO

El mecanismo debe ser un equipo de fácil mantenimiento, las piezas van a ubicarse

en tal posición que permitan el fácil acceso para revisión y limpieza. Como algunas

piezas están bajo el efecto del desgaste, se debe procurar que el desmontaje sea

fácil para el reemplazo inmediato y en lo posible de bajo costo.

3.3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS

Tomando en cuenta todas las especificaciones establecidas, como base para el

diseño del mecanismo manipulador de cargas, se plantearon tres posibles

alternativas que serán sometidas a un análisis, para posteriormente elegir la que

cumpla con las necesidades anteriormente expuestas. Las alternativas planteadas

con su respectivo análisis son las siguientes:

21

3.3.1. PRIMERA ALTERNATIVA. PUENTE GRÚA Y TECLE ELÉCTRICO

Figura 3.2. Sistema Puente Grúa y tecle eléctrico

La primera alternativa, consta de un puente grúa por el que se traslada un tecle

eléctrico, este facilita la manipulación de la cubierta de motor, desde el rack hacia

la unidad.

3.3.1.1. Ventajas primera alternativa

· La operación del mecanismo se la realiza con una sola persona.

· El operario no llega a tener contacto con la cubierta de motor.

· El mecanismo realiza todo el trabajo de levantar y colocar la cubierta en la

unidad, sin que el operario realice esfuerzo alguno.

· El esfuerzo que realiza el operario para mover la pieza en el puente grúa es

mínimo.

· Ocupa poco espacio en la estación de trabajo.

· El mantenimiento del sistema es sencillo.

· El sistema se puede instalar sin la necesidad de modificar la estructura de la

estación de trabajo.

22

3.3.1.2. Desventajas primera alternativa

· El mecanismo sujeta a la cubierta de motor solo en posición vertical, lo que

podría ocasionar golpes o defectos en la pieza, al tratar de colocarla.

· Se deben realizar modificaciones considerables en la estructura de esa

estación, con el fin de que el puente grúa pueda desplazarse sin problema.

3.3.2. SEGUNDA ALTERNATIVA. SISTEMA MANIPULADOR POR GRAVEDAD

CERO

El mecanismo consiste en una pluma estructural que gira alrededor de una columna

por donde se desliza un manipulador neumático, que consta de dos pistones y

ventosas, que sujetan a la cubierta de motor. El primer pistón controla la altura de

la pieza y el segundo pistón coloca a la pieza en posición vertical u horizontal. El

accionamiento de este mecanismo es neumático, de fácil control.

Figura 3.3. Sistema Manipulador por gravedad cero

3.3.2.1. Ventajas segunda alternativa

· El operario no llega a tener contacto con la cubierta de motor.

23

· El mecanismo realiza todo el trabajo de levantar y colocar la pieza en la

unidad, sin que el operario realice esfuerzo alguno.

· Fácil operación.

· El esfuerzo que realiza el operario para mover el dispositivo y la pluma es

mínimo.

· La operación del mecanismo lo realiza una sola persona.

3.3.2.2. Desventajas segunda alternativa

· Consta de más elementos de control para el mantenimiento.

· Ocupa un espacio considerable a un lado de la estación de trabajo.

· Se debe realizar una modificación en la estructura de la estación con el fin

de que la pluma pueda girar sin obstáculos.

3.3.3. TERCERA ALTERNATIVA. SISTEMA PLUMA

El mecanismo consiste en una estructura con garruchas que se traslada entre el

sitio donde se quiere cargar y descargar la pieza, con la ayuda de un pistón, se

controla el brazo que va a estar cargando la cubierta de motor.

Figura 3.4. Sistema Pluma

24

3.3.3.1. Ventajas tercera alternativa

· Mecanismo sencillo para el control de mantenimiento.

· Fácil operación.

· El mecanismo realiza todo el trabajo de levantar y colocar la pieza en la

unidad.

· Bajo costo.

3.3.3.2. Desventajas tercera alternativa

· El operario tiene que empujar el mecanismo al lugar donde va a trabajar.

· No se tiene mayor control de la pieza, pudiendo llegar a golpearse el

material.

· Ocupa un espacio considerable a un lado de la estación de trabajo.

3.4. ANÁLISIS Y SELECCIÓN

Para seleccionar la alternativa que cumpla las especificaciones antes descritas, se

procede a validar seis parámetros considerados importantes para el desarrollo de

este proyecto, en base a estos, cada alternativa será calificada con valores entre 1

y 10. A continuación se realiza una breve descripción de cada uno y las

características a ser analizadas, de las que dependerá si la puntuación que se

asigne es alta o baja.

3.4.1. PARÁMETROS DE EVALUACIÓN

3.4.1.1. Espacio que ocupa el mecanismo

Debido a la limitación de espacio que existe en esta estación de trabajo, es

importante que el mecanismo que se elija ocupe el menor espacio posible, para que

25

no interfiera con el trabajo de los operadores, ni obstaculice la colocación de partes

que son abastecidas. Se asignara una calificación baja a mayor espacio ocupado y

alta si el espacio es menor.

3.4.1.2. Mantenimiento

Debe diseñarse un dispositivo cuyo mantenimiento no sea crítico, a mayor

complejidad la calificación será menor.

3.4.1.3. Facilidad de ensamble

Este parámetro hace referencia a la complejidad de construcción que puede tener

cada alternativa, se tomara en cuenta que la construcción sea sencilla, que los

materiales, recursos, herramientas, métodos, tiempo empleado sean óptimos y

garanticen el cumplimiento de los parámetros propuestos.

A mayor complejidad de ensamble la calificación será menor.

3.4.1.4. Facilidad de operación

Este parámetro hace referencia a la simplicidad de manejo y al menor número de

operaciones que requiera el mecanismo para trasladar la cubierta hasta la unidad.

Mientras más sencillo sea el manejo del mecanismo se asignara una puntuación

alta.

3.4.1.5. Versatilidad

Este parámetro permite validar la rapidez con la que opera el mecanismo, cuanto

tiempo toma trasladar la cubierta y colocarla en la unidad, de manera que el resto

26

de operaciones que se realizan en esa estación no se vean afectadas. A mayor

versatilidad se asigna un puntaje más alto.

3.4.1.6. Cuidado en la manipulación de la cubierta

Es importante que la alternativa a seleccionar, garantice la preservación del

producto, es decir que no exista riesgo de que en la cubierta se generen de golpes

o abollados durante el transporte. A mayor cuidado en la manipulación, se asigna

un mayor puntaje.

3.4.2. CALIFICACIÓN DE ALTERNATIVAS

Se realiza un análisis ponderado, asignando a cada parámetro un valor entre 0.1 y

1 dependiendo de su importancia dentro del diseño. En la tabla 3.1, se muestra

como se obtienen los valores ponderados. Se asigna el valor de 1 si el parámetro

de la fila es mayor o mejor que el de la columna, 0.5 si son iguales y 0 si el

parámetro de la fila es menor o inferior al de la columna.

Tabla 3.1. Análisis de factor de ponderación

PARÁMETROS

Espacio que ocupa el mecanismo.

1 1 0.5 0.5 0 4 0.19

Mantenimiento 0 0.5 0 0 0 1.5 0.07

Facilidad de Ensamble

0 0.5 0 0 0 1.5 0.07

Facilidad de operación

0.5 1 1 0.5 0.5 4.5 0.21

Versatilidad 0.5 1 1 0.5 0 4 0.19

Cuidado en la manipulación de la cubierta

1 1 1 0.5 1 5.5 0.26

TOTAL 21 1

Man

teni

mie

nto

Espa

cio

que

ocup

a

Faci

lida

d de

En

sam

ble

Faci

lida

d de

op

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ión

Ver

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d

Cui

dado

en

la

man

ipul

ació

n de

la

cubi

erta

Sum

ator

ia +

1

Pon

dera

do

27

En la tabla 3.2, se muestra la calificación de cada alternativa, en base a los

parámetros descritos anteriormente. Las calificaciones se multiplican por el valor

ponderado, que se muestra en la Tabla 3.1, la sumatoria de mayor valor permitirá

verificar que alternativa es seleccionada.

Tabla 3.2. Calificación de alternativas

|Parámetros Valor/1

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado

Espacio que ocupa el mecanismo.

0.19 10 1.90 9 1.71 7 1.33

Mantenimiento 0.07 10 0.71 8 0.57 9 0.64

Facilidad de Ensamble

0.70 10 0.71 8 0.57 9 0.64

Facilidad de operación

0.21 7 1.50 8 1.71 6 1.28

Versatilidad 0.19 7 1.33 10 1.90 5 0.95

Cuidado en la manipulación de la cubierta

0.26 6 1.57 10 2.61 4 1.04

TOTAL 7.73 9.09 5.90

3.4.3 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA

En base a los resultados de la tabla 3.2, se selecciona la ALTERNATIVA 2, que

corresponde a un sistema manipulador por gravedad cero.

28

CAPÍTULO 4

DISEÑO DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA

Este capítulo contiene el desarrollo del diseño de las partes que conforman el

manipulador de la cubierta recinto motor, se han tomado en cuenta las siguientes

consideraciones:

· Los elementos del mecanismo son diseñados considerando que actúan

cargas estáticas, debido a que la velocidad de operación es baja.

· Se considera el peso propio de los elementos.

· Se considera un factor de seguridad mayor o igual a 2.

· A excepción de los pernos de anclaje el material utilizado en los elementos

es acero ASTM-A36.

· Para el diseño se emplea la teoría de la energía de la distorsión.

· Para el diseño de los diferentes elementos que conforman el mecanismo de

la alternativa seleccionada, se ha utilizado software SOLID WORKS.

· Se ha realizado una comprobación en SAP, de toda la estructura.

Figura 4.1. Mecanismo manipulador cubierta recinto motor

29

4.1. DISEÑO DEL MECANISMO

Con la ayuda de este software, se podrá determinar la condición más crítica en la

que el mecanismo estará trabajando, se han analizado varias posiciones

dependiendo de la ubicación de la cubierta recinto motor, y de las carreras máximas

y mínimas de los cilindros. A continuación se presentan las gráficas de las

posiciones con las fuerzas resultantes más altas. Se concluye que la condición más

crítica que podría tener el mecanismo es cuando ambos cilindros están extendidos,

carrera máxima del pistón.

Figura 4.2. Fuerzas mecanismo con cubierta en posición horizontal

Figura 4.3. Fuerzas mecanismo con los cilindros carrera máxima

30

En base a esta condición se realizarán los análisis y cálculos. Con la ayuda del

Software mencionado, se realiza un análisis por separado al brazo manipulador y a

la estructura.

4.2. DISEÑO BRAZO MANIPULADOR

A continuación se detalla la identificación de cada elemento que compone el brazo

manipulador.

Figura 4.4. Identificación elementos brazo manipulador

Usando el software Solid Works, es posible obtener el peso de cada elemento, se

tiene entonces que el brazo manipulador tiene un peso total de 60,5 kg.

4.2.1 ANÁLISIS DE FUERZAS

Se realiza un análisis de las fuerzas que actúan en cada pasador del brazo. Para

esto es importante identificar los pasadores que se colocaron en las articulaciones

del brazo. Se presentan en tablas, fuerzas cortantes, fuerzas axiales y momento

flector de cada conector.

31

Figura 4.5. Identificación pasadores brazo manipulador

· Fuerzas que actúan sobre el pasador 1-2

PASADOR 1-2

Tipo Componente

X Componente

Y Componente

Z Resultante

Fuerza axial (N) -10.381 0 -19.463 -22.058

Fuerza cortante (N) -35.748 426.14 19.067 426.16

Momento flector (N.m) -0.69068 0.78197 0.36839 11.064

· Fuerzas que actúan sobre pasador 3-4

PASADOR 3-4

Tipo Componente

X Componente

Y Componente

Z Resultante

Fuerza axial (N) 2.052 0 38.473 -43.603


Momento flector (N.m) 0.41753 -0.099216 -0.22269 0.48349


PASADOR 5-6

Tipo Componente

X Componente

Y Componente

Z Resultante

Fuerza axial (N) -0.14425 0 -0.27046 0.30653

Fuerza cortante (N) 13.023 715.93 -69.459 716.08

Momento flector (N.m) -5.79 -0.068564 30882 65624

32


PASADOR 7-8

Tipo Componente

X Componente

Y Componente

Z Resultante

Fuerza axial (N) 0.16569 0 0.31066 0.35208


Momento flector (N.m) 22334 80404 -11912 84294


PASADOR 9-10

Tipo Componente

X Componente

Y Componente

Z Resultante

Fuerza axial (N) -0.93797 0 -17.586 -19.931

Fuerza cortante (N) 795.25 -355.54 -424.17 968.89

Momento flector (N.m) -26216 -80202 13983 85529


PASADOR 11-12

Tipo Componente

X Componente

Y Componente

Z Resultante

Fuerza axial (N) 0.28641 0 0.53698 -0.60859

Fuerza cortante (N) -11.825 -757.15 63.071 757.26

Momento flector (N.m) 60445 0.095554 -32239 68511

4.2.2. ANÁLISIS DE ESFUERZOS

La siguiente figura permite analizar los esfuerzos que actúan sobre cada elemento

del brazo manipulador, estos valores están diferenciados por colores en rangos

entre 0 MPa y 52.27 MPa siendo este el valor máximo que actúa sobre el elemento

2.

33

Figura 4.6. Rango de esfuerzos en brazo manipulador

4.2.3 ANÁLISIS DE DEFORMACIÓN

El siguiente gráfico muestra las deformaciones del brazo manipulador siendo la

máxima 9.12 mm, en el extremo del cuadro de ventosas.

Figura 4.7. Análisis deformaciones brazo manipulador

34

4.2.4. ANÁLISIS FACTOR DE SEGURIDAD

A continuación se muestra el análisis de los factores de seguridad de cada

elemento, siendo el mínimo 4.78, lo cual es una garantía para el diseño

considerando que el mínimo teórico es 2.

Figura 4.8. Análisis factor de seguridad brazo manipulador

4.2.5. DISEÑO Y COMPROBACIÓN ELEMENTO CRÍTICO

Luego de observar los resultados, se evidencia que el elemento más crítico del

brazo manipulador es el 2. Se va a realizar un análisis en el punto B, donde actúa

el mayor esfuerzo, para verificar si el elemento cumple las solicitaciones para las

que fue diseñado. El elemento es tubo estructural, de sección trasversal cuadrada

de acero ASTM A 36, medidas 40x40x3 mm.

En la figura 4.9 se han colocado las fuerzas que actúan en el elemento.

Figura 4.9. Fuerzas en el elemento 2

35

La tabla 4.1 describe los valores de cada una de estas fuerzas.

Tabla 4.1. Fuerzas en el elemento 2

PUNTO A B C D

EJE kgf

X -67 -79.1 1.3 -35.74

Y 51.3 30.7 71.5 42.61

Z 35.7 42.1 -6.4 1.9

Con los valores de las fuerzas, se procede a realizar un análisis, de la fuerza

cortante (V)y el momento flector (M) que actúan sobre el elemento.

Figura 4.10. Fuerzas elemento 2, tramo AB

Los resultados de la fuerza cortante son:

En x Vx = -67 kg

En y Vy = 51.3 kg

En z Vz = 35.7 kg

El momento flector, está dado por la siguiente expresión

M(x) = 0

M(y) = 35.7 * x1 [4.1]

M(z) = 51.3 * x1 [4.2]

Con las ecuaciones 4.1 y 4.2 procedemos a calcular el momento flector

36

Si x1= 0 M(x) = 0

M(y) = 0

M(z) = 0

Si x1= 60.8 cm M(x) = 0

M(y) = 2170.56 kg/cm

M(z) = 3119.04 kg/cm

El esfuerzo máximo está dado por la expresión:

[4.3]

Dónde:

σmax : Esfuerzo máximo (Kgf/cm2)

Mmax : Momento flector máximo (Kgf-cm)

I x: Momento de inercia de la sección (cm4)

C: Distancia del eje a la fibra más alejada (cm)

El factor I/C, llamado módulo de resistencia de la sección, puede ser encontrado en

tablas, viene dado por la expresión:

[4.4]

Dónde:

Figura 4.11. Sección trasversal tubo estructural cuadrado

37

Calculamos el factor I/C utilizando la ecuación [4.4]:

Entonces

El factor se seguridad se calcula con la expresión siguiente:

[4.5]

Dónde:

n: Factor de seguridad

Sy: Esfuerzo de fluencia del material (kgf/mm2)

σmax: Esfuerzo de flexión máxima (Kgf/mm2)

Con la ecuación [4.5] se calcula el factor de seguridad

Se obtiene un valor para el factor de seguridad de 4.14, bastante aproximado al

valor obtenido con el software que es de 4.78.

4.2.6 DISEÑO DE PASADORES

La resistencia de un pasador que está sometido a un esfuerzo cortante, puede

validarse en base a la condición:

38

Dónde:

F R,b: Resistencia a cortante del pasador

F E,b: Valor del cortante que actúa sobre el pasador

La resistencia a cortante del pasador viene dada por la expresión:

[4.6]

Dónde:

A: Área de la sección trasversal

Sut: Resistencia ultima a la tracción

YMb: Coeficiente parcial para la resistencia del acero, valor 1.25

4.2.6.1. Selección del pasador

Se usará un pasador de diámetro 20 mm y de longitud 50 mm, en material A36. La

comprobación se realizara en el pasador 9-10, sobre el que actúa una cortante de

968.89 N, utilizando la ecuación [4.6].

Datos:

Feb = 968.89 N

r = 10 mm

Sut = 400 N/mm2

YMb = 1.25

Entonces tenemos que la resistencia a cortante es mayor que la fuerza que actúa

sobre el pasador. Cumpliendo las solicitaciones que se requieren.

39

4.3. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA

Con las fuerzas resultantes del análisis del brazo manipulador, se realiza el diseño

de la estructura, considerando que estas fuerzas están aplicadas en el extremo del

perfil móvil, como se indica en la figura.

Figura 4.12. Fuerza aplicada para análisis de estructura

4.3.1. ANÁLISIS DE ESFUERZOS

La siguiente figura permite analizar los esfuerzos que actúan sobre la estructura,

siendo el máximo 151.37 MPa. Este esfuerzo se genera en la placa base, por lo

que se la considera el elemento crítico de la estructura, posteriormente se realizará

el ejemplo de diseño para este elemento.

40

Figura 4.13. Análisis de esfuerzos en la estructura

4.3.2. ANÁLISIS DE DEFORMACIÓN

El siguiente gráfico muestra las deformaciones de la estructura, la deformación

máxima del mecanismo es 14.95 mm en el extremo de la parte móvil.

Figura 4.14. Análisis de deformación en la estructura

4.3.3. ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD

Este gráfico permite analizar el factor de seguridad obtenido en cada elemento de

la estructura, el valor mínimo es 1.38, únicamente en la superficie superior de la

41

placa, el software puede proporcionar valores con un detalle mínimo, es por esto

que en la misma placa puede verse este valor mínimo y valores de factores de

seguridad sobre 40, por esto realizaremos una comprobación en este elemento

para validar su fiabilidad. El resto de valores están sobre 2, garantizando el diseño

del mecanismo.

Figura 4.15. Análisis de factor de seguridad en la estructura

4.3.4. COMPROBACIÓN ESTRUCTURAL

En el diseño de estructuras, se considera el caso de falla crítica, generada por

esfuerzos o por pérdida de estabilidad (pandeo), Debido a que la longitud de la

parte móvil de la estructura es de 3200 mm, se realiza una comprobación estructural

de diseño, mediante el software SAP 2000. AISC360-10

Figura 4.16. Estado de cargas en la estructura

42

Figura 11. Relación demanda capacidad

Figura 4.18. Análisis de condiciones máximas a las que está sometida la estructura

43

Como puede evidenciarse en la figura 4.17, toda la estructura está en un rango

mínimo de esfuerzo, siendo 0.5 el máximo valor de la relación demanda capacidad,

mostrada en color celeste. Se muestra en la figura 4.18 que la deflexión máxima de

la parte móvil es 0,1 mm, con lo que se demuestra que el dispositivo trabaja sin

sufrir deformaciones importantes.

4.3.5. DISEÑO DE LA PLACA BASE

Se considera la placa base como elemento crítico ya que sobre esta actúa el mayor

esfuerzo. En la figura se muestra la distribución de cargas distribuidas en la placa.

Figura 4.19. Diagrama de cargas aplicadas en placa base

Dónde:

T: Fuerza de tensión resultante que actúa en los pernos (kgf)

C: Resultante máxima de la presión (kgf)

44

Para el cálculo de C se realiza una sumatoria de momentos alrededor de la carga

T.

Datos:

P= 322 kgf

M= 72000 Kgf-mm

X1= 50 mm

X2= 100 mm

X3= 150 mm

X4= 300 mm

De manera que:

[4.7]

Despejando la ecuación tenemos

La ecuación [4.8] permite calcular la presión que se distribuye en la placa

[4.8]

Dónde:

F: Fuerza aplicada en la placa

A: Área de la superficie de contacto

Para el caso de nuestro cálculo tenemos

45

La presión parcial que actúa sobre la placa se calcula con la siguiente expresión

El espesor de la placa base viene dado por la siguiente expresión

[4.9]

Dónde:

M: Momento flector (kgf-mm)

: Esfuerzo máximo (Kgf/mm2)

El momento flector para el caso de esta aplicación por unidad de longitud se calcula

de la siguiente manera:

[4.10]

46

El se calcula considerando que la placa es de acero A36 y un factor de

seguridad n = 2, de la ecuación [4.5]

Reemplazando estos resultados en la ecuación [4.5] tenemos

La placa seleccionada es de 15 mm.

4.3.6. DISEÑO Y SELECCIÓN DE PERNOS DE ANCLAJE

El esfuerzo al que están sometidos los pernos de anclaje se calcula con la siguiente

expresión:

[4.11]

Dónde:

T: Fuerza de tensión que actúa en los pernos

A: Área de la sección transversal del perno

Con el área podemos calcular el diámetro del perno. Se realiza una sumatoria de

momentos alrededor de C, de acuerdo a la distribución de fuerzas en la figura 4.16

para calcular la fuerza T.

47

[4.12]

De manera que

Se asume con factor de seguridad n=2, con el Sut del material del perno de 40.78

(kgf/mm2), se calcula el esfuerzo máximo con la ecuación [4.5].

Reemplazando estos resultados en la ecuación [4.5]

Despejando el diámetro

48

Por seguridad y disponibilidad se selecciona un perno KB3 3/8” * 3 ¾”, sus

características y especificación se encuentran en el Anexo I. Se puede evidenciar

en tablas que la carga que permite este perno es mucho mayor que la tensión

máxima calculada, de manera que el elemento seleccionado resiste los

requerimientos a los que será sometido.

4.3.7. SELECCIÓN DE RODAMIENTOS

En el manipulador se utilizan tres rodamientos, dos cónicos en el eje del brazo móvil

de la estructura y uno en el cuadro de ventosas.

Los rodamientos se dimensionan estáticamente, debido a que giran a revoluciones

muy bajas. Se debe calcular el factor de esfuerzos estáticos, para validar si el

rodamiento seleccionado cumple los requerimientos a los que será sometido. Para

exigencias reducidas este factor debe estar en el rango de 0.5 a 0.8.

[4.13]

Dónde:

fs : Factor de esfuerzos estáticos

C0: Capacidad de carga estática

P0: Carga estática equivalente

El valor de C0 se encuentra especificado en tablas, P0 se calcula con la fuerza axial

y radial que actúan sobre el rodamiento.

Para rodamientos rígidos de bolas, se debe validar cuál de las condiciones se

cumple

Si

entonces [4.14]

49

Si

entonces [4.15]

Para rodamientos cónicos se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones

Si

entonces [4.16]

Si

entonces [4.17]

4.3.7.1. Cálculo y selección del rodamiento cónico

Datos:

Diámetro del eje= diámetro interno del rodamiento

d = 30 mm

Fr = 5821 N

Fa = 3186 N

Se selecciona el rodamiento FAG 30206A en el ANEXO II. Se encuentran las

especificaciones del mismo.

d = 30 mm

C0 = 49 KN

Y0 = 0.88

Para calcular P0, debe verificarse cuál de las condiciones anteriormente descritas

se cumple:

50

Como se cumple la primera condición entonces se define P0 con la ecuación [4.16]

Fr = 5821 N

Con el valor obtenido se calcula el factor de esfuerzos estáticos de la ecuación

[4.13]

El valor calculado excede del rango establecido para esta solicitación, por lo que el

rodamiento seleccionado cumple los requerimientos a los que será sometido.

4.3.7.2. Cálculo y selección rodamiento rígido de bolas

Diámetro del eje= diámetro interno del rodamiento

d = 25 mm

Fr = 384.89 N

Fa = 4.26 N

Se selecciona el rodamiento 6205 del catálogo de rodamientos FAG del Anexo III,

sus características son:

C0 = 7.8 KN

El proceso de cálculo es similar al anterior, se verifica que se cumple la primera

condición

Entonces de la ecuación [4.14]

51

Calculamos el factor de seguridad con la ecuación [4.13]

4.4. CIRCUITO NEUMÁTICO DE MANIPULACIÓN POR VACÍO

En el presente proyecto se va a utilizar manipulación por vacío, este método de

manejo de cargas garantiza eficiencia y que el esfuerzo realizado por los operarios

sea el menor, su uso de manera industrial ha ido incrementándose con el tiempo.

Los elementos considerados como actuadores en esta técnica son las ventosas, el

vacío se genera cuando la presión al interior de las ventosas es menor a la presión

atmosférica, esta depresión genera una fuerza capaz de mantener suspendido un

objeto. (Serrano, 2009, p.199, 200).

A continuación se detalla el circuito neumático diseñado para este mecanismo, sus

partes y método de selección.

52

Figura 4.20. Circuito neumático manipulador cubierta recinto motor

53

Tabla 4.2. Elementos circuito neumático

CÓDIGO DESCRIPCIÓN

1 Filtro, Regulador de Aire, Válvula de corte

2 Pulsador para activar ventosas

3 Pulsador para activar ventosas

4 Válvula centro cerrado

5 Válvula centro cerrado

6 Cilindro

7 Cilindro

8 Válvula neumática

9

Generador de vacío 10

11

12

13

Silenciador 14

15

16

17

Ventosa 18

19

20

4.4.1. CILINDROS NEUMÁTICOS

Son un tipo de actuadores neumáticos, funcionan usando aire comprimido, el cual

les permite tener un movimiento recto en impulso y regreso. Existen varios tipos, el

que usaremos dentro de este proyecto es el de doble efecto. Aire a presión ingresa

por la cámara posterior, permitiendo el avance del vástago. Para obtener esto, el

aire en la cámara delantera debe ser desalojado. Para el regreso del vástago, el

proceso se invierte, ingresando aire por la cámara delantera y evacuado el de la

posterior, para los procesos de admisión y escape de aire cada cámara cuenta con

orificios en sus tapas de cobertura. (Serrano, 2009, p.92).

54

Los cilindros permiten el movimiento del brazo manipulador, haciendo que éste

adopte las posiciones para tomar la cubierta en su posición vertical y colocarla

horizontalmente sobre la unidad.

(Serrano, 2009, p.92)

Figura 4.21. Esquema de cilindro neumático

4.4.1.1. Cálculo de cilindros

La fuerza teórica desarrollada por un cilindro está dada por la expresión

[4.18]

Dónde:

F: Fuerza teórica del embolo

A: Área del embolo

P: Presión de trabajo

Siendo:

[4.19]

Dónde:

r: radio del embolo

55

Reemplazando la ecuación [4.18] en la ecuación [4.19], se obtiene la expresión que

permite calcular en radio del émbolo en función de la presión y la fuerza.

[4.20]

4.1.1.2 Selección de cilindros

Utilizando la ecuación [4.20] se calcula el diámetro del émbolo, el fabricante

recomienda que para la selección del cilindro se trabaje con una presión de 5 bar,

esto es 0.5 (N/mm2).

Datos

P = 0.5 (N/mm2)

F1= 968.89 N

F2 = 716.08 N

Entonces r1= 24.83 mm y r2= 21.35 mm. Por lo tanto los diámetros de los cilindros

serán el doble de su radio.

D1 = 49.66 mm

D2 = 42. 70 mm

56

Con los diámetros calculados se seleccionan los cilindros, del catálogo de cilindros

SMC, que se encuentra en el Anexo IV.

Los códigos de los cilindros seleccionados por disponibilidad y seguridad son:

CP96SDB63-250, CP96SDB100-150

Sus características se encuentran especificadas en el Anexo mencionado.

4.4.2 VENTOSAS

Son elementos que permiten trasladar un objeto, manteniéndolo adherido por la

fuerza que genera el vacío. Para esta aplicación se utilizaran ventosas de fuelle,

fabricadas en NBR caucho de nitrilo que no deja marcas en el material. Para

seleccionar una ventosa es imprescindible conocer la fuerza de retención teórica,

para en base a este resultado seleccionar el diámetro.

[4.21]

Dónde:

Fth: Fuerza de retención teórica (N)

u: Coeficiente de fricción

g: aceleración terrestre (9,81 m/s2)

a: aceleración de la instalación (m/s2)

S: Factor de seguridad

Para la superficie de metal se considera un coeficiente de fricción de 0.5, un factor

de seguridad de 1.5 y que el sistema trabaja con 5 m/s2, por recomendación del

fabricante.

Con la ecuación [4.21], se calcula la fuerza de retención.

57

Datos

m= 25 kg

u= 0.5

a= 5 m/s2

S=1.5

Por la geometria de la cubierta recinto motor se elije usar 4 ventosas, entonces la

fuerza que requiere cada ventosa es:

Según especificaciones del catálogo cuando se usa un eyector, la presión de vacío

es - 60 KPa como valor de referencia. En el Anexo V se encuentra la tabla para

selección del diámetro de la ventosa en función de la fuerza y la presión de vacío,

además del código de selección. De los datos en las tablas de Anexo, se elige un

diámetro de 80 mm.

El código de la ventosa seleccionada es: ZP2-80HB N

4.4.3. GENERADOR DE VACÍO

El eyector es un elemento de generación de vacío, mediante el efecto Venturi. Aire

a presión ingresa por el punto 1, se estrangula en el punto 2, aumentando

considerablemente su velocidad, este aumento genera una depresión en el

compartimiento 3 y en el canal 5, esta depresión se aprovecha para conectar las

ventosas de vacío.

58

(Serrano, 2009, p.92)

Figura 4.22. Esquema de un eyector de vacío

El generador de vacío se selecciona en base al diámetro de la boquilla, para esto

es necesario conocer el caudal que debe entregar, este caudal se calcula en base

a la siguiente ecuación

[4.22]

Dónde:

V: Capacidad de aspiración

n: Número de ventosas

Vs: Capacidad de aspiración por ventosa

Según recomendaciones del fabricante para diámetros de ventosa hasta 120 mm

la capacidad de aspiración es 16,6 lt/min.

De manera que:

En el Anexo VI, se encuentra el catálogo SMC de donde se han seleccionado los

generadores de vacío para el sistema manipulador, en base a las gráficas del

Anexo para el caudal calculado se elige el diámetro de la boquilla y las

especificaciones.

El código del generador seleccionado es: ZH13DS 01 01 02.

59

4.4.4. FILTRO DE AIRE

El filtro de aire garantiza que el aire comprimido que ingresa se encuentre libre de

toda impureza y agua condensada, tiene incorporado un regulador que mantiene la

presión al nivel que se requiera, además de una válvula que permite o no el paso

de aire al circuito secundario. (Guillén, 1993, p.26, 27).

Para el circuito se selecciona un sistema de filtrado de 3/8 y 54 m3/h, compuesto

por regulador filtro y válvula de corte que cumple con la normativa OSHA.

4.4.5. ACCESORIOS

4.4.5.1 Pulsador de activación de ventosas

Un pulsador es básicamente un interruptor neumático, se activa por presión manual

y permite activar o desactivar el circuito.

4.4.5.2. Silenciadores

Son elementos que están conectados a las válvulas distribuidoras, su función es

disminuir el ruido que genera el escape de aire y evitar el ingreso de impurezas.

4.4.5.3. Válvulas de control

En el proyecto se han utilizado también válvulas de control, son elementos que

permiten controlar flujo, presión, temperatura. En el circuito se tienen de dos tipos,

una en el circuito de vacío y otra para control de los cilindros.

Existen además acoples y mangueras para conexión del circuito, elegidos en

función del diámetro de los elementos.

60

CAPÍTULO 5

COSNTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN

La construcción del manipulador neumático para la cubierta de recinto motor, se

realizó en los talleres de Maresa Ensambladora. Específicamente en el taller de

Metrología y Dispositivos, este taller posee todos los equipos y herramientas

necesarias para la elaboración de proyectos.

La empresa cuenta además con una bodega interna, dotada de un amplio stock de

materiales e insumos.

Esto permitió disponer de materiales como perfiles, rodamientos, pernos, insumos

indirectos, en general varios elementos que no se adquirieron de forma exclusiva

para el proyecto, sino que forman parte del inventario que maneja la bodega de

planta, hay que recalcar que Maresa cuenta con una gran cantidad de inventario

debido a que frecuentemente está elaborando proyectos de mejora,

automatización, además del mantenimiento de toda su planta industrial.

5.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN Y

MONTAJE

Los procesos y requerimientos para la construcción y montaje del manipulador se

describen a continuación.

5.1.1 MATERIALES

Para la construcción y montaje del manipulador se requirió el uso de varios

materiales, herramientas e instrumentos, el detalle de los mismos se muestran a

continuación.

61

5.1.1.1 Componentes directos

Se listan a continuación aquellos materiales o elementos que son parte del

manipulador. Dentro de esta lista están materiales adquiridos para el proyecto y

los proporcionados por la bodega de planta.

Tabla 5.1. Componentes directos

5.1.1.2 Equipos y Herramientas

A continuación se detallan los equipos y herramientas utilizados en la construcción

del proyecto.

Tabla 5.2. Equipos y Herramientas

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS

Amoladora

Sierra

Taladro

Soldadora

Lima

Machuelo

Brocas

Escuadra

COMPONENTES

Tubo estructural cuadrado

Perfil I

Eje de acero A36

Plancha de acero diversos espesores

Pernos de anclaje

Eje para pasador

Trolley

Rodamientos

Cilindros neumáticos

Generadores de vacío

Unidad de mantenimiento

Ventosas

Silenciadores

Control de mando

Mangueras y conexiones

Válvulas neumáticas

62

5.1.1.3 Instrumentos de medición

Para control y verificación se han utilizado instrumentos de medición como

flexómetros, calibrador, escuadra, entre otros.

5.1.2 CONSTRUCCIÓN DEL MANIPULADOR

Se ha denominado construcción a la preparación de todas las partes que forman

la estructura del manipulador. La preparación incluye todos los procesos referentes

a corte, desbaste, maquinado de los elementos que conforman este mecanismo.

Las especificaciones para esta fase del proyecto se encuentran en los planos de

diseño indicados en el Anexo IX.

5.1.3 MONTAJE

El montaje de la estructura que conforma el manipulador se dividió en dos partes.

El del brazo manipulador y el de la estructura. A continuación se describe el

procedimiento que se realizó para el montaje, en el ANEXO VII se han colocado

algunas fotografías de este proceso.

5.1.3.1 Montaje brazo manipulador

Figura 5.1. Elementos brazo manipulador

63

Esta parte del sistema está constituido por el cuadro de ventosas y la estructura

donde se asentaran los cilindros, el montaje de esta parte del sistema sigue los

pasos descritos a continuación.

· De acuerdo a las medidas especificadas en planos, se suelda el cuadro con

tubo estructural cuadrado, formando el cuadro para colocar las ventosas.

· Se colocan las 4 ventosas que sujetarán la cubierta.

· Se sujeta la placa donde irá el eje que permite el giro del capo.

· Se instala el eje con el rodamiento que permite el giro del cuadro de ventosas

respecto al elemento 3.

· Se acopla el eje al elemento 3.

· Utilizando los pasadores seleccionados se unen los elementos 3 y 2

· Se suelda el tubo estructural que formará el elemento 1

· Se añade el elemento 1 a la estructura mediante pasadores.

· Se instala el cilindro neumático 2, permitiendo el acople de los elementos 2

y 3.

· Se instala el cilindro neumático 1, permitiendo el acople de los elementos 1

y 2.

5.1.3.2 Montaje estructura

Figura 5.2. Elementos estructura manipulador

64

El montaje de la segunda parte del sistema denominada estructura, sigue los pasos

descritos a continuación:

· Se perfora en la placa base, los 4 agujeros para los pernos de anclaje.

· Se suelda la placa base al perfil IPN 1.

· Se colocan los pernos de anclaje para posicionar el perfil.

· Se sueldan las placas soporte al perfil IPN 1.

· Se posiciona el eje y rodamientos en sus alojamientos respectivos.

· Se suelda el refuerzo 4, de tubo estructural cuadrado al perfil IPN 2,

formando el subconjunto móvil.

· Se suelda este subconjunto al eje.

· Se perforan los agujeros para los pernos de anclaje de los refuerzos 1 y 2

· Se sueldan los refuerzos 1 y 2 a las placas base y al perfil IPN 1.

· Se suelda el refuerzo 3 al perfil IPN y al refuerzo 2.

5.1.3.3. Instalación circuito neumático

· Se acoplan las ventosas a los silenciadores, mediante mangueras

· Se conectan los silenciadores a los generadores de vacío.

· Se acoplan los generadores a la válvula de mando.

· Se instalan las válvulas de control para el circuito de vacío.

· Se instalan los pulsadores de control para activación o desactivación de las

ventosas.

· Se conectan los cilindros neumáticos que estaban previamente instalados

en la estructura.

· Se instalan las válvulas de control para los cilindros.

· Se instala la unidad de mantenimiento compuesta de, filtro, regulador y

válvula de corte.

65

5.2. COMPRA DE MATERIALES

Como se mencionó anteriormente, únicamente se adquirirán los materiales de los

que no se disponga, en la bodega de la ensambladora.

Esto es, las partes que conforman el circuito neumático, a continuación se detallan

las partes que se requieren.

Tabla 5.3. Materiales que requieren compra

DESCRIPCIÓN MARCA CANTIDAD

Filtro de aire SMC 1

Regulador de aire SMC 1

Válvula de corte SMC 1

Válvula de 5/3 centro cerrado SMC 2

Pulsador para activar ventosas SMC 2

Cilindro DB100 SMC 1

Válvula 5/2 neumática SMC 1

Cilindro DB63 SMC 1

Generador de vacío SMC 4

Silenciador de conexión 1/4 SMC 4

Ventosa diámetro 80 SMC 4

5.3. COSTOS

A continuación se detallan los costos que se emplearon para la construcción,

diseño, montaje y puesta en marcha del manipulador neumático.

Se colocaran los costos de todos los materiales, los adquiridos exclusivamente para

el proyecto y los que se tenían en bodega, ya que es importante tener un concepto

global del costo del equipo.

En el Anexo VIII, se encuentra el detalle de costos enviado por el proveedor, de la

parte neumática. Los recursos utilizados para esta implementación, se clasificaron

en directos e indirectos. El análisis de los mismos se presenta a continuación.

66

5.3.1. ANÁLISIS PARA COSTOS DIRECTOS

5.3.1.1. Costo de componentes directos

Como componentes directos se toman aquellos que físicamente pueden ser

identificados en el manipulador, estos forman parte de la estructura; se refieren

también a los elementos normados, y a los seleccionados como parte del circuito

neumático. A continuación se muestra el detalle de los mismos en dos tablas, la

tabla 5.4 corresponde a los elementos adquiridos exclusivamente para el proyecto,

y la tabla 5.5 a los disponibles de la bodega de materiales.

Tabla 5.4. Costo componentes neumáticos

DESCRIPCIÓN MARCA CANTIDAD VALOR

UNITARIO (USD)

VALOR TOTAL (USD)

Filtro de aire SMC 1 250 250 Regulador de aire SMC 1

Válvula de corte SMC 1

Válvula de 5/3 centro cerrado SMC 2 650 1300

Pulsador para activar ventosas SMC 2 25 50

Cilindro DB100 SMC 1 680 680

Válvula 5/2 neumática SMC 1 80 80

Cilindro DB63 SMC 1 480 480

Generador de vacío SMC 4 45 180

Silenciador de conexión 1/4 SMC 4 10 40

Ventosa diámetro 80 SMC 4 220 880 Total 3940

67

Tabla 5.5. Costo componentes directos disponibles en bodega de planta

escuela politÉcnica nacional...sistema manipulador por gravedad cero 22 figura 3.4. sistema pluma...

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