introducción mecánica aplicada a las máquinas navales

8/17/2019 Introducción Mecánica Aplicada a Las Máquinas Navales

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Centro de Estudios Mar del PlataUniversidad Tecnológica Nacional

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Mecánica Aplicada a las Máquinas Introducción Mecánica Aplicada a las

Máquinas

El Material que contiene el presente Archivo, es decirculación interna en la Materia Mecánica Aplicada alas Máquinas, en la cursada 2016 y fue compilado

por Luis R de Pascuale


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Ingeniería


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El título de Ingeniero habilita para trabajar en el ámbito de la

tecnología, con responsabilidades sobre gestión,mantenimiento, desarrollo e innovación tecnológica. Losingenieros utilizan ese conocimiento para crear conceptos,materiales, productos, máquinas, obras y sistemas

complejos.

En este sentido, podemos decir que son los que dan forma anuestra sociedad. Son los ingenieros los que deben darrespuesta a desafíos tales como el cambio climático global, eldesarrollo y la creación de riqueza y la provisión de energía,los problemas de vivienda, transportes y comunicaciones,respetando los recursos para las futuras generaciones.


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Crear Máquinas


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El ingeniero Naval posee una profunda formación en campos

que van desde la física y la matemática como herramientasfundamentales de la carrera, hasta temas propios de laIngeniería Naval y Mecánica. En la especialización seprofundiza el estudio relacionado con proyectos de

embarcaciones, como buques mercantes, embarcacionesdeportivas, militares o utilitarias para la explotación del fondomarino.

Está capacitado para realizar proyectos creativos,

investigación aplicada, desarrollo técnico, evaluación ydirección de proyectos, administración de centros deproducción, manutención y reparación de construccionesnavales de cualquier índole.

Ingeniería Naval


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Mecánica Aplicada a las Máquinas Diseño Mecánico, Árboles y Ejes,

Sistemas de Acoplamiento de Ejes, Uniones Roscadas, Pernos de Acople, Pernos de Fundación de Máquinas,Tornillos de Transmisión, Cojinetes de Apoyo, Cojinetes de Metal, Cojinetes de Bolas y Rodillos, Lubricación y Lubricantes,

Sistemas de Transmisión, Engranajes, Tornillos sin Fin, Cajas Reductoras Marinas, Frenos, Embragues, Acoples, Tolerancias y Ajustes, Metrología, Niveles, Miras Máquinas Herramientas, Mecanizados, Mecanizados “In Situ” Procesos de Fabricación de Componentes de Máquinas, Montajes y Alineación de Componentes Mecánicos Navales, Recepción de Equipos , Diseño y Construcción de Repuestos Mantenimiento y Reparación de Equipos. Automatización y Robótica


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Mecánica Aplicada a las Máquinas

Veamos un Arreglo General de un Buque Tanque


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Mecánica Aplicada a las MáquinasVeamos un Arreglo Propulsor de Proa


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Mecánica Aplicada a las MáquinasVeamos Arreglo General de la Sala de Máquinas del B.Tanque


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El Proyecto MecánicoEs una de las Especialidades de la Ingeniería Naval/Mecánica,Se trata de de la creación de nuevos diseños, no sólo proyectos que

funcionen, sino que sigan funcionando en el tiempo.El Ingeniero debe conocer todos los aspectos relacionados con elelemento a fabricar, su forma de producción, mantenimiento yposibilidad de problemas en su futura operación, formación que senutre con la observación de los inconvenientes que surgen en otros

equipos existentes.Entre las causas más comunes que pueden provocar una fallamecánica se encuentran los "defectos de diseño y fabricación"; por esolas cualidades de ingeniería que debe reunir una construcción debenconseguirse durante el proyecto.Las posteriores correcciones, surgidas por inconvenientes defuncionamiento, mejorarán el diseño original.El proyecto de un equipo o elemento mecánico, requiere cumplir conespecificaciones técnicas de códigos y normas, satisfacer los requisitosfuncionales propuestos y asegurar una vida útil esperada, buscandosiempre la mejor relación técnico económica.


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Etapas del Proyecto MecánicoDISEÑO: en esta primera etapa empezamos a "idear" las formas básicas

de las partes principales del equipo, cumpliendo con los requisitosfuncionales deseados.DIMENSIONAMIENTO: incorporamos los datos de los materiales autilizar, las cargas a las que estará sometido, los coeficientes deseguridad adoptados y el diseño de las uniones y secciones críticas.

Ahora las formas "ideadas" adquieren las dimensiones que surgen delcálculo. En esta etapa, hoy podemos utilizar herramientas informáticas,como el Diseño Asistido por Computadora o CAD (Computer Aid Design),que nos permite realizar dibujos con rapidez y precisión y es responsabledel abandono del noble tablero de dibujo, las lapiceras de distintosespesores, las plantillas, letrógrafos, reglas, escalímetro, etc.

Para el cálculo estructural, térmico o dinámico de geometrías complejas ycondiciones de cargas especiales, se aplican técnicas de análisisnuméricos como el método de "elementos finitos" o FEA (Finite Element

Analysis), que permite diseñar las piezas incorporando criterios deingeniería desde el inicio, evitando los costosos procesos de rediseño.


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Etapas del Proyecto MecánicoDIMENSIONAMIENTO (Cont.): Debemos, por supuesto, disponer delsoftware adecuado y del conocimiento necesario para su aplicación, ya

que algunos nuevos sistemas han facilitado tanto su uso, que permitengenerar resultados erróneos con gran velocidad y supuesta eficiencia aquienes no comprenden las limitaciones de los métodos de cálculo. Poreso podemos afirmar que aún "es necesario contar con un ingenieropara hacer ingeniería".

REALIZACION DE LA DOCUMENTACION TECNICA: Desarrollamos el"diseño de detalle", los planos generales y de fabricación, las memoriasde cálculo, las instrucciones de fabricación, montaje y ensayos.Buscamos lograr en el producto a construír: confiabilidad, resistenciamecánica, rigidez, calidad de fabricación, sencillez, baja concentraciónde tensiones, durezas superficiales adecuadas, prevención de lacorrosión, amortiguación de choques y oscilaciones de cargas, fijación delas uniones roscadas, buen diseño estético, automatización, mínimomantenimiento, seguridad en la operación, unificación o empleo reiteradode los mismos elementos y normalización o empleo de elementos segúnnormas constructivas de mecánica.


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Etapas del Proyecto MecánicoANALISIS DE COSTOS: efectuamos este análisis durante todo eltranscurso del proyecto, estudiando distintas alternativas con el objetivo

de adoptar la mejor relación técnico-económica.TRABAJOS COMPLEMENTARIOS: - aceptar o rechazar modificaciones del proyecto, surgidas de lasconsultas con especialistas en temas como: soldadura, métodos,producción y control de calidad.

- incorporar conocimientos y metodologías de trabajo.- planificar la capacitación del personal y la integración de los equipos detrabajo.- manejar los aspectos técnicos con proveedores y clientes.Todas estas etapas de "proyecto" o "confección de la ingeniería", insumenun tiempo importante que se cuantifica en "cantidad de Horas Hombre",pero que en definitiva terminan resultando en un ahorro para la empresa,al lograrse un mejor producto y una documentación organizada que nospermitirá una rápida puesta en producción del mismo.(Artículo del Ing. Marcelo Mariotto)


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Etapas del Proyecto Mecánico


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Diseño en Ingeniería


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Es la creación de la Documentación Técnica (bocetos,croquis, planos, especificaciones de materiales,especificaciones de fabricación, etc.,) necesaria para que lasMáquinas, las Estructuras, los Sistemas o los Procesosdesarrollen las funciones deseadas.

PROCESO DE DISEÑO: (incluye lo siguiente)1. Reconocer una necesidad y establecerla en términos

generales. Esto define el Problema.2. Considerar varias “Alternativas” para resolver el Problema

y seleccionar “UNA” para estudiarlo e investigarla conprofundidad y precisión. Los estudios de Factibilidadrespaldados por investigación especial, según sea el caso,son las características de este paso del Proceso.


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Diseño en Ingeniería


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3. Realizar un Diseño Preliminar del mecanismo o de lamáquina, estructura, sistema etc. Esto establececaracterísticas globales amplias y permite escribir lasespecificaciones para las componentes principales.4. Realizar el Diseño de todas las componentes y prepararlos Planos necesarios y las especificaciones detalladas.

La Documentación Técnica para un diseño completo son elregistro de una multitud de decisiones, de distinta cuantía. ElProyectista en los pasos finales de un Proceso Diseño es

básicamente un Tomador de Decisiones. Para lo cual debetrabajar sobre una base sólida de principios científicos,suplementada con información empírica


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Diseño de una MáquinaEsquema

Cinemático

Análisis deFuerzas

Diseño de Componentes, paraResistencia, Rigidez, etc.

Facilidadde

Producción

VidaProbable

Limitaciónde Peso yEspacio

Apariencia

Naturalezadel

Mercado


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Concepto de Máquina

ENERGIAMÁQUINA

ComponentesOrganizados

TRABAJOUTIL

Registro de Cambiosen el Ambiente

COMPONENTE MECANICO: sólido que intercambia energíamediante fuerzas de contacto en puntos de su superficie ymovimientos con características cinemáticas definidas.


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La Ciencia de las Máquinas yMecanismos

DEFINICIÓN: Es la Ciencia Aplicada que estudia las leyesque regulan el movimiento (y sus causas) de las piezas quecomponen las Máquinas y Mecanismos.

Si los sólidos constituyentes son rígidos, en su creación haydos partes diferenciadas:a) Diseño determinar número y relación de piezas que

aseguren el movimiento deseado,b) Análisis y evaluación del Diseño (esfuerzos sobre las

piezas), que asegura su correcto funcionamiento


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La Ciencia de las Máquinas yMecanismos

MECANISMO: Combinación de cuerpos rígidos dispuestos demodo que el movimiento de uno obligue a moverse a losdemás a de acuerdo con unas leyes que dependen de lanaturaleza de la combinación. (transforma movimiento)

MÁQUINA: Conjunto de Piezas interpuestas entre la fuente deEnergía y el trabajo que se pretende realizar, con el fin deadaptar la primera al segundo. (transforma trabajo)

Diseño: Estudio Cinemático, del Mecanismo, Análisis: EstudioDinámico de la Máquina.


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Mecanismo Conjunto de componentes mecánicos que reciben un

movimiento tipificado y lo transforman en un movimiento con

características cinemáticas distintas.

Cadena cinemática con un eslabón fijo y al menos doseslabones móviles.

Patente Pala MecánicaPratt-Withney 1976

Patente FlapperBoeing 1976


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Esquema Típico de una Máquina Mecánica

Planta Motriz TransmisiónConveridor de Cupla Y Velocidad Angular

Acople- Freno?Embrague? Acople

Mecanismo

Cambio deCaracterística Cinemática

UTIL: Entrega Trabajo

¿Como trabajan las Maquinas? en régimen transitorio y régimenpermanente. Los Reductores/Aceleradores de Velocidad son Convertidores de Parque ajustan par y velocidad a las condiciones necesarias en el Útil.


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Cadena Cinemática Vehículo Terrestre


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Convertidores de Cupla yVelocidad Angular


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Acoples Rígidos

Unen Ejes o Arboles Coaxiales de distintos grupos de componentes.


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Acoples Semi Rígidos


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Acoples Flexibles


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Frenos y Embragues ASPECTOS COMUNES:

Ejes de distintos componentes con distintas velocidadesangulares igualan estas por acción de los frenos oembragues.

Funcionan en base a iguales principios físicos.

Fricción Electro Magnéticos

Hidráulicos

DIFERENCIA

EMBRAGUES: Ambos ejes en movimiento antes y después deacoplarse.

FRENOS: Después de acoplados ambos ejes detenidos.


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Frenos Mecánicos a Zapatas y Disco


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Embragues Hidráulicos

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Entonces…..

Transforma una Fuerzaen Trabajo

MÁQUINA DINÁMICA

Transforma elMovimiento en TrabajoMECANISMO CINEMÁTICA



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Diseño

Diseño es la formulación de un plan, esquema o método paratrasladar una necesidad a un dispositivo que funcionandosatisfactoriamente cubra una cierta necesidad o demanda. Elproblema fundamental del diseñador reside en construir unequipo que responda lo más enteramente posible a las

necesidades de la economía nacional, que dé el mayor efectoeconómico y que disponga de los índices más altos técnico-económicos y de explotación. Los índices principales son: altaproductividad; rendimiento económico; resistencia mecánica;

fiabilidad; peso mínimo; volumen y precio de costo de lostrabajos de reparación; gastos en mano de obra; largoperíodo entre reparaciones; sencillez y seguridad de servicio;comodidad de manejo, de montaje y desmontaje.



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En la construcción de máquinas es necesario observartambién, las exigencias de la estética industrial (aspectoexterior, que tanto funcionando como en reposo no provoqueaccidentes, etc.).

Naturalmente el peso de cada uno de los factoresenumerados depende del tipo de máquina y el uso de lamisma. Por ejemplo en las máquinas herramienta: laproductividad, la exactitud de elaboración, la gama de lasoperaciones a ejecutar.

Estudio de la esfera de apl icación de las máqu inas: Eldesarrollo de la construcción de maquinaria estáindudablemente vinculado con el desarrollo de las ramas de laindustria y del mercado que son los consumidores de lasmáquinas.

Diseño



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En la industria transcurre un proceso de perfeccionamientocontinuo: crece el volumen de la producción, se reduce elciclo de producción, aparecen nuevos procesos tecnológicos,varía la composición de las cadenas de producción, lacombinación y disposición de la maquinaria, se elevaininterrumpidamente el nivel de mecanización y

automatización de la producción. Algunas máquinas con laaparición de nuevos procesos tecnológicos resultaninnecesarias. Surge la necesidad de construir nuevas máquinas o demodificar las existentes. Al diseñado de las máquinas que se designanpara una determinada rama de la industria le debe preceder el estudio

minucioso de esta rama, de la dinámica de su desarrollo cuantitativo ycualitativo, de las necesidades de la categoría dada de máquinas y de laprobabilidad de la aparición de nuevos procesos tecnológicos y nuevosmétodos de producción.

Diseño



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Diagrama de Flujo del Diseño



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Fases del Diseño Comienza con la identificación de una

necesidad y con una decisión de hacer algo alrespecto. Después de muchas iteraciones, elproceso finaliza con la presentación de losplanos para satisfacer tal necesidad.

Reconocimiento de una necesidad: Este aspecto del diseño puede tener

su origen en un número cualquiera de causas. Por ejemplo, los informesde los clientes sobre el funcionamiento y la calidad del producto puedenobligar a un rediseño; por otra parte, la competencia industrial estáconstantemente forzando la necesidad de diseñar equipo nuevo, procesosy maquinarias. Identificar la necesidad y expresarla en determinado

número de palabras es una actividad sumamente creativa, pues lanecesidad, a diferencia de los ejemplos mencionados, puede tambiénmanifestarse simplemente como un vago descontento, o bien, por laaparición de una dificultad o la sensación de que algo no está bien. Unanecesidad se identifica fácilmente después de que alguien la ha planteado.



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Fases del Diseño Definición del problema: La definición del problemadebe abarcar todas las condiciones para el objetoque se ha de diseñar. Tales condiciones oespecificaciones son las cantidades de entrada ysalida, las características y dimensiones delespacio que deberá ocupar el objeto, y todas laslimitaciones a estas cantidades.Las especificaciones definen el costo, la cantidad de piezas a fabricar, la

duración esperada, el intervalo o variedad de capacidades, la temperaturade trabajo y la confiabilidad. Entre dichas especificaciones sobresalen lasvelocidades necesarias, las intensidades de alimentación, las limitacionesde temperatura, el alcance máximo, las variaciones esperadas en lasvariables y las restricciones en tamaño y peso. Existen muchas

especificaciones intrínsecas que dependen del ambiente particular deldiseñador o de la propia naturaleza del problema. Los procesos defabricación de que se dispone y las instalaciones de cierta planta industrialson restricciones a la libertad de acción del que diseña; por lo tanto, formanparte de las condiciones intrínsecas o de borde.



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El problema principal consiste en la elección correcta de los parámetros delas máquinas. Los errores constructivos particulares son corregibles en el

proceso de fabricación y puesta a punto de la máquina. Las máquinas conparámetros incorrectamente elegidos, fundamentados en resolucionestriviales que no garantizan el progreso técnico, son incompatibles con lasnuevas representaciones sobre la importancia de la calidad, fiabilidad ylongevidad, envejecen incluso al empezar la producción.

Fases del Diseño

Elaboración de variantes - Solución óptima: Elesquema de la máquina se suele elegir mediantela elaboración paralela de diversas variantes quese someten a apreciación comparativa y minuciosapor el lado de la racionalidad constructiva, delperfeccionamiento de los esquemas cinemático yde fuerza, del precio de fabricación, de la capacidad energética, de losgastos en la mano de obra, de la fiabilidad de funcionamiento, de lasdimensiones exteriores, del volumen de metal y del peso, de las cualidadesde ingeniería, del grado de agrupamiento, de la comodidad de servicio, demontaje-desmontaje, de revisión, de reglaje y regulación.



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Fases del Diseño No siempre se logra hallar el resultado que responda completamente a las

exigencias planteadas. La cuestión, algunas veces, no consiste en lainsuficiencia de inventiva, sino en la contradicción de las exigencias que seplantean. En tales casos, hay que aceptar un compromiso y prescindir dealgunas de ellas que no tienen significación de primer orden en lascondiciones dadas del empleo de la máquina.

Es necesario realizar cálculos, aunque sea de orientación o aproximación.Para las piezas fundamentales debe ser calculada no sólo su resistenciamecánica, sino también su rigidez. No se debe confiar a la vista al elegirlas dimensiones y las formas. Tampoco es justo confiar íntegramente enlos cálculos. En primer lugar, los métodos existentes de cálculo de

resistencia mecánica no tienen en cuenta una serie de factores quedeterminan la capacidad de trabajo de la construcción. En segundo lugar,hay piezas que no se pueden calcular (por ejemplo la de los cuerpos obastidores).



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Fases del Diseño En tercer lugar, las dimensiones necesarias de las piezas dependen no

sólo de la resistencia mecánica, sino también de otros factores. De estemodo, junto con el cálculo conviene confrontar con la experiencia de lasconstrucciones realizadas. La condición necesaria del diseñado correctoconsiste en estar constantemente sobre las cuestiones de la fabricación ydesde el principio dar a las piezas formas tecnológicamente racionales.Con frecuencia el diseñador pierde sin querer la objetividad, deja de verlos defectos de la variante con la que se encariñó y la posibilidad de otrasvariantes. En tales casos conviene recurrir a la opinión ecuánime de genteajena, a la indicación de los de mayor experiencia, al consejo de loscolegas, además siempre conviene recurrir a la consulta de losproductores y del personal de servicio de las máquinas. La regla general

es ésta: cuanto más amplio se ponga a liberación la composición y cuantomás atentamente el diseñador tenga en cuenta las indicaciones útiles,tanto mejor resulta la composición y más perfecta se obtiene laconstrucción.



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Fases del Diseño No hay que lamentar el tiempo ni los esfuerzos invertidos en la elaboración

del proyecto. Una elaboración más profunda de la construcción, a fin decuentas, da ganancia en el precio, plazo de fabricación y puesta a puntode las máquinas, en su calidad y magnitud del efecto económico duranteel plazo de funcionamiento de la máquina.

Evaluación y Pruebas: La evaluación es la

demostración definitiva de que un diseño esacertado. En esta etapa, se fabrican las partes, secompran los componentes comerciales y lamáquina o sistema después del ensamble estálista para su evaluación y prueba. Al final delperíodo de prueba se podrán o no conocer losdatos que requieren cambios o modificaciones enel diseño o de un área específica del mismo.



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Fases del Diseño Presentación: La comunicación del diseño a otraspersonas es el paso final y vital en el proceso dediseño. La presentación es un trabajo de venta.Cuando el ingeniero presenta o expone una nuevasolución al personal administrativo superior estátratando de vender o de demostrar que su soluciónes la mejor; si no tiene éxito en su presentación, el

tiempo y el esfuerzo empleados se habrándesperdiciado por completo.

Conclusión: Es muy necesario entender que el modelo escogido ycálculos subsecuentes son realmente hechos en forma aproximada. Por lotanto, deben conocerse completamente las diferentes suposiciones y

limitaciones (por ejemplo, linealidad, homogeneidad, etc.), que se hicieronen la obtención de las ecuaciones usadas en el estudio de la ciencia de laingeniería. Por lo tanto, es muy importante tener en mente que un buendiseño está basado en una buena teoría.


Fases del Diseño


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Fases del Diseño Desafortunadamente no todos los tópicos en el diseño tienen basesanalíticas firmes para el trabajo que hacen. En tales casos, dependen deenfoques semirracionales o empíricos para la solución de un problema o

selección de un elemento de diseño Se ha visto una descripción breve dela metodología en el diseño. La descripción de sus fases no está analizadaen todos sus detalles, así como tampoco es la única trayectoria a seguir enel diseño de un producto, dispositivo o sistema. Sin embargo, para apreciaren forma total la descripción mencionada del proceso de diseño, será

necesario involucrarse diariamente con el procedimiento utilizado. A travésde la práctica, poniendo empeño se logra tener profesionalismo y madurez.Rara vez un problema de diseño tiene una sola solución correcta y estosuele poner en situación incómoda al proyectista de máquinas principiante.aunque el arte del proyecto de máquinas sólo puede aprenderse con

muchos años de práctica, muchos de los problemas que plantea requierentomar decisiones elementales por parte del estudiante. Verdaderamente espara él una contrariedad. tener que tomar algunas decisiones sin poseer alprincipio todos los conocimientos necesarios, pero concentrando suatención en ellas adelantará paulatinamente de modo considerable en elestudio.


Aptitudes del Proyectista


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Aptitudes del Proyectista Los trabajos de ingeniería requieren usualmente la adopción de solucionesconciliatorias, de compromiso. La competencia puede obligar a una

decisión que no sea la que se considere más correcta por el ingeniero;dificultades de producción pueden imponer una modificación del proyecto,etc. Un buen proyectista debe poseer muchas aptitudes, por ejemplo:a) Conocer bien la teoría de resistencia de materiales a fin de que susanálisis de esfuerzos sean irreprochables. Las diversas partes y piezas de

la máquina deben tener resistencia y rigidez adecuadas, etc.b) Amplios conocimientos de las propiedades de los materiales empleadosen las máquinas.c) Estar familiarizado con las características principales, inclusoeconómicas, de los diversos procesos de fabricación, ya que las piezasque constituyen una máquina deben ser producidas a costo competitivo.Ocurre a veces que un proyecto que es económico para una plantaindustrial puede no serlo para otra.d) Algunas dotes de sentido estético, ya que el producto ha de atraer alcomprador para que sea vendible.




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e) Conocimientos de economía y costos comparativos. Todo lo quesuponga un aumento del costo debe quedar justificado por una mejora del

funcionamiento, adición de alguna peculiaridad favorable, aumento de vidaútil, etc.f) Inventiva e intuición creadora, que es la más importante para la máximaeficacia. La facultad creadora surge en una mente imaginativa que estáinsatisfecha de algo en su estado actual y quiere actuar para mejorarlo.

Lo probable es que ningún ingeniero tenga los suficientes conocimientos yexperiencia concernientes a la totalidad de las mencionadas aptitudes ycualidades para adoptar las óptimas decisiones en todas las cuestiones.Las grandes organizaciones tendrán especialistas destinados a ejercer

ciertas funciones, y las pequeñas pueden recurrir al servicio de asesores.Sin embargo, cuantos más conocimientos tenga el ingeniero sobre todaslas fases del proyecto, tanto mejor. El concepto general que se tiene de uninventor, es que pone en juego su imaginación y crea un nuevo diseño.

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Aptitudes del Proyectista En realidad, aún en el caso de que cree una máquina antes jamásconcebida, hace uso de ideas ya conocidas desde largo tiempo, en mayoro menor grado, y saca provecho de las experiencias de una o variasindustrias.

La mayoría de los proyectos se atienen a una pauta establecida y típica deuna industria; un nuevo Buque o parte de él, son análogos en muchosaspectos a similares precedentes. Las modificaciones se introducen ya sea

con el fin responder a una necesidad del adquirente, de mejorar la máquinao bien para alcanzar una ventaja económica o competitiva en el mercado.

El proceso lógico para llegar a un determinado proyecto, depende en partede la clase de industria o de la clase de máquina. Los problemas deproyecto tienen más de una solución. Si la teoría y la práctica no

concuerdan, es que una u otra es errónea. Los métodos de proyecto estánsometidos a evolución. Diariamente se hacen nuevos descubrimientos,pero a causa de que algunas nuevas hipótesis son o llegan a serinadecuadas, nunca se sabe con certeza cuándo deberá ser descartada laaceptada hasta entonces.



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Aptitudes del Proyectista En una primera deducción, se admiten ciertos supuestos a fin de simplificarel trabajo y obtener una fórmula que a primera vista satisfaga nuestros

requisitos, pero luego se da cuenta de que la fórmula falla. Este fallo dalugar a un nuevo estudio y habitualmente se halla que uno o más de lossupuestos admitidos no estaban justificados. Entonces se busca una nuevafórmula con nuevas variables, que tengan en cuenta nuevas condiciones.

El proyectista tiene que profundizar cada vez más su conocimiento de lateoría, a fin de desempeñar su misión acertadamente con más elementosde juicio. Cuando es difícil incorporar los resultados de la experiencia a unaecuación teórica, se recurre frecuentemente a la experiencia adquirida,modificando las constantes hasta resolver la dificultad.

De aquí que si la experiencia aconseja adoptar ciertas disposiciones en undiseño, puede servir de guía hasta que se alcance un estado mássatisfactorio del conocimiento teórico.



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Di ñ R d i


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Diseño Recomendaciones

Presentar los trabajos de proyecto en forma elegante y fácilmente

comprensible para quienes hayan de estar relacionados con estetrabajo. Es necesario presentar ordenadamente los cálculoscompletos, ya sea en el aula o en la oficina de ingeniería (OficinaTécnica). En ambos casos lo probable es que dichos cálculos seancomprobados por otra persona. El tiempo empleado en dejar su

trabajo legible y completo en todos los detalles, será seguramentemenor que el que invierta el revisor en descifrar el significado designos y números poco legibles. Sin embargo, no se trata sólo deadministrar económicamente el tiempo, sino también de una normade cortesía y de atención a las otras personas. Deberán seguirselas siguientes recomendaciones en cuanto a la forma de presentarlos cálculos, salvo cuando se reciban indicaciones concretas delinstructor o del supervisor:



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a) Designar los cálculos con un encabezamiento.b) Escribir las ecuaciones con símbolos definidos. Convieneidentificar las ecuaciones reproducidas de un libro, indicando elnúmero de la página y el número de la ecuación (si lo tiene). Siconviene, indicar las hipótesis en que se basa la ecuación.c) Sustituir las letras o símbolos por sus valores numéricos, en el

mismo orden en que aparecen en la ecuación.d) Simplificar la ecuación y despejar las incógnitas, reseñar en loscálculos definitivos todas las etapas hasta llegar a la solución,excepto aquellas que puedan ser recordadas fácilmente.e) Escribir los resultados obtenidos con las unidades

correspondientes.f) Destacar las soluciones o resultados, subrayándolas,colocándolas en columna marginalmente, etc.




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g) Cuando se calcula una dimensión, elegir en todo lo posible unadimensión o pieza normalizada.h) Enunciar las conclusiones pertinentes, si las hay, deducidas delos cálculos..i) Reflexionar sobre los cálculos, y cerciorarse de que se hapensado en las contingencias y alternativas. Poner anotaciones en

los cálculos explicando las razones que justifican la manera deproceder en el proyecto. j) En general, se debe evitar hacer uso de letras y subíndicespequeños y la aglomeración en las expresiones. Procurar llegar alresultado por una sucesión de ecuaciones fundamentales en vez de

sustituir valores en una ecuación derivada más complicada, exceptosi se trata de cálculos repetidos (en estos casos tabular).k) Separar los diversos cálculos con claridad, trazando una rectahorizontal a lo ancho de la página.l) Todas las previsiones siempre son insuficientes.




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Aporte Final


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Aporte Final

Conviene habituarse desde el principio a lo expuesto en REPORTON ENGINEERING DESIGN, de donde se reproduce lo siguiente: Buena voluntad para proceder ante datos incompletos yfrecuentemente contradictorios, y conocimiento incompleto delproblema. Reconocimiento de la necesidad de adquirir y usar un criterio de

ingeniería. Actitud interrogante ante todo elemento de información, y antecada especificación, cada método y cada resultado. Reconocimiento de la experimentación como árbitro decisivo. Buena voluntad para asumir la responsabilidad final hasta lograr

un resultado útil.La Ingeniería es el arte de aplicar las ciencias físicas a la resoluciónde los problemas de la humanidad.



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Diagramas Cinemáticos Un diagrama cinemático, señala las especificaciones exigidasde los desplazamientos de algún punto del último eslabónconducido en relación con algún punto del primer eslabónmotor. Para construir un diagrama cinemático, se emplea unsistema de coordenadas, en donde se acostumbra arepresentar en el eje de las ordenadas los desplazamientos de

algún punto del último eslabón conducido y en el eje de lasabscisas se representan los desplazamientos de algún puntodel eslabón motor, ver diapositiva siguiente. La figura (c) de ladiapositiva siguiente, muestra el diagrama cinemático

señalado en (a), para que el diagrama cinemático no presentepartes negativas, se debe tomar el punto (0,0) en una posiciónextrema del mecanismo. La figura (b), de la misma diapositiva,señala las posiciones extremas: A’B’ Y A’’B’’.



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Diagramas Cinemáticos


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Diagramas Cinemáticos



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Di CAD


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Diseño CAD



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Piezas Mecanizadas



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Planificación de la Fabricación



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La fabricación (producción) de una pieza o componente debe

seguir unos criterios relacionados con la calidad, tanto en elcumplimiento de las especificaciones de la pieza como en lacalidad del servicio al realizarla en el plazo estimado, y elcosto final.

Normalmente la fabricacion se lleva a cabo en un entornoespecifico: una fabrica, unas maquinas, unos operarios, losplazos de entrega, las auditorias, suministros, etc. Ademas nosuele fabricarse una pieza solo sino muchas u lo

suficientemente variadas, aunque las fabricas se estanespecializando en piezas semejantes agrupadas en familias.


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Para satisfacer los objetivos de calidad precio y plazo, se han

de optimizar y ordenar las múltiples acciones que se debenllevar a cabo. Esta ordenación o planificación se establece encinco niveles distintos:1. Planificación de la producción. En esta etapa se realiza un

listado de productos a fabricar, el plazo en el que hay quesuministrarlos, y en que cantidades.

2. Planificación de pedidos. En esta etapa se realiza la hojade balance en el que se planifican las actividades paracumplir con el plan de produccion. En concreto, se

planifican los componentes cuya fabricacion sesubcontrata, los suministros necesarios (MRP), losaccesorios y la mano de obra.



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3. Planificación de capacidad. En esta parte se establecenlos horarios y secuencias de tareas, para cumplir con las

fechas de entrega, se establece el capital necesario paramantener la producción, la reducción de tiempos muertosy perezosos de las máquinas, así como tener previsto lassoluciones a problemas que pudieran aparecer.

4. Planificación de procesos. Para cada componente enparticular se seleccionan y se definen al detalle laspreformas y los procesos a realizar para la sutransformación en productos finales listos para el montaje.En esta parte se definen procesos factibles y se

determinan los tiempos y plazos de fabricación.5. Planificación de operaciones. En esta parte se define la

documentación a partir de los datos dados en laplanificación de procesos. Se suelen usar:



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La Hoja de Ruta. Es el documento que acompaña al lote de

fabricación y donde se señalan los tiempos, los controlesde calidad y todas las incidencias que hayan podido ocurrir.

La Ficha de Operación. Por cada operación se realiza unaficha con todos los detalles de esta. Suele recibir otrosnombres en las fabricas como Gamas, o Instrucción deControl de Calidad de Procedimientos (ICCP).


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Generación de Superficies porMecanizado



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Existen distintos procedimientos tecnológicos para laobtención de piezas terminadas. En base a la forma y tamaño,precisión y terminación superficial requeridas, debe emplearse

el procedimiento más adecuado, teniendo en cuenta ademásla cantidad de unidades a producir y el costo.

Una clasificación muy general contempla dos grandes grupos:

a) Procedimientos sin arranque de viruta.b) Procedimientos con arranque de viruta.

Generación de Superficies por


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Entre los procedimientos sin arranque de viruta puedencitarse: laminación, forja, trefilado, extrusión, colada,estampado, sinterizado, etc.. Algunos de ellos solo permitenobtener elementos primarios (barras, chapas, perfiles, tubos,etc.), en tanto que otros logran piezas terminadas procesando

esos elementos primarios. Algunos se desarrollan en frío yotros en caliente.Con los procedimientos por arranque de viruta se obtienensiempre piezas terminadas, que se llevan a cabo en

máquinas-herramientas, y entre ellos pueden citarse:torneado, fresado, taladrado, alesado o mandrinado,escariado, cepillado, limado, mortajado, brochado, rectificado,bruñido, lapidado, etc..



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La pieza que se desea obtener está definida en el plano(formas, dimensiones, material, estado físico, etc.). Cuando enel plano figuran las tolerancias dimensionales, de forma, y derugosidad, se tienen todos los datos necesarios para construir

la pieza, y puede decirse que el plano reúne las característicasde un “plano de mecanizado” (o de ejecución). Un ejemploestá dado en la figura a de la diapositiva siguiente, para lapieza denominada “cuerpo de tope”.



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Frecuentemente, las exigencias de corrección geométrica yde estado superficial, imponen que todas o ciertas caras de lapieza sean obtenidas por mecanizado, o sea por arranque oremoción de material en forma de virutas, a partir de una

forma bruta con excesos de material suficientes para terminarla pieza requerida (figura b de la diapositiva anterior). La formabruta puede ser: un trozo de barra laminada, trefilada, o de unperfil comercial, o una pieza colada, forjada, soldada, etc..

El P P d ti


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El Proceso Productivo



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Un proceso productivo es una serie de operaciones que serealizan sobre unas materias primas (o productos máselementales) para obtener un producto terminado, listo para suutilización. Una definición descriptiva de proceso productivopuede resultar muy complicada, puesto que hay muchasclases de procesos, siendo en cambio más sencillo dar una

definición de tipo “entrada-salida”: Un proceso productivo esun sistema dinámico de control cuya entrada es un flujo deproducto ((materias primas) y cuya salida es otro flujo deproductos (productos terminados).

Proceso Productivo

MateriasPrimas

ProductosTerminados

El P P d ti


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Con una definición así perdemos toda noción de lo quesucede por dentro del proceso pero en cambio capturamos loesencial desde el punto de vista productivo: flujos de productode entrada y de salida (flechas) y cómo se relacionan entre sí(bloque). Sin embargo el bloque o “función” que relacionaambos flujos no es simple sino que es un complejo sistema

movido por eventos.

Un proceso productivo se compone internamente de diferentessubprocesos más simples conectados entre sí, cada uno de

los cuales se puede considerar tembién como un sistemadinámico de control o proceso.

El Proceso Prod cti o


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Por tanto, hemos de tener una idea de cuales son y cómofuncionan (o sea cuales son sus modelos matemáticos) lossistemas de control o procesos más simples porque de esemodo podremos entender después cómo funcionan losprocesos de fabricación.

Los procesos productivos están catalogados como sistemascomplejos en la Teoría de Sistemas. La complejidad surge dela interconexión de unos procesos con otros y de la naturalezaestocástica de muchos de los eventos que dirigen la evolución

del sistema. Cada proceso está conectado con otros procesosinternos y externos a la empresa, que pueden ser de muydistinta naturaleza y, en general, se compone de subprocesosmás simples interrelacionados entre si.



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Cada Proceso Productivo va asociado a un producto. Siqueremos fabricar otro producto deberemos cambiar elProceso. Sin embargo, para un Producto terminado dado ypara la misma Materia Prima, el Proceso puede no ser único:en general, un mismo producto se puede fabricar de muchasformas diferentes.

Proceso Productivo

MateriasPrimas

ProductosTerminados


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Operaciones Básicas de Fabricación



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Los procesos de fabricación más simples se llamanoperaciones básicas. Algunas de ellas son:

Procesado de un Elemento

Montaje Movimiento de Material Almacenamiento Inspección y Control


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Procesado de un Elemento



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Es un Proceso que se aplica a un solo Producto, bien seauna pieza elemental o bien un conjunto de piezas yamontado. Son de este tipo los procesos de mecanizado, losde pintura, los tratamientos térmicos, etc.

Proceso ProductivoMaterias Primas Pieza


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Proceso de Montaje



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Cuando un producto (terminado o no) se compone de varioselementos, la serie de operaciones necesarias para unir todaslas piezas formando el producto terminado se llama Procesode Montaje.

Mecanizado 1Mat. Prima 1 Pieza 1

Pieza 2

Mecanizado 2

MontajeProducto

Mat. Prima 2

Tipos de Procesos


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Si en nuestro hogar echamos una mirada a nuestro alrededor yobservamos los objetos que nos rodean, veremos que la gran mayoría deellos son el resultado o producto de algún proceso de fabricación y nosdaremos cuenta que deben existen multitud de ellos. Incluso, con un pocode imaginación y ciertos conocimientos técnicos, podemos adivinar cual hasido el proceso para fabricar un determinado producto o, mejor dicho, losposibles procesos, ya que también nos daremos cuenta enseguida de que

hay muchas formas de fabricar el mismo producto.

Ahora bien, tras muchos años de experiencia, se hanafianzado cuatro tipos estándar de procesos:• Job Shops

• Producción por lotes• Líneas de Producción• Producción Continua


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Job Shops (Talleres)



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Es un tipo de producción que permite fabricar una ampliagama de productos en series de tamaño pequeño o mediano.Los productos suelen ser conjuntos de componentes,posiblemente complicados o de alta tecnología, montados. Se

utiliza para la fabricación de ciertas máquinas herramientas,robots, aviones, aeronaves y algunos prototipos. Suelen exigirmano de obra muy especializada y mucho tiempo para eldiseño de los procesos y para la preparación de la maquinariay los equipos humanos de montaje. Por todo ello, los tiempos

de producción son elevados y los costes también.


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Producción por Lotes



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Está orientada a la fabricación de lotes de tamaño medio deun determinado producto. La producción de cada lote se hacede una tirada y, una vez terminado un Lote, el departamentode fabricación envía una orden de control indicando si sepuede pasar a fabricar otro lote del mismo o de otro producto,

en función de la demanda. La maquinaria y el personal han deestar preparados para realizar con celeridad las operacionesde cambio de lote. Es quizás el tipo de producción que seemplea para fabricar mayor número de productos. Las

industrias de calzado, muebles, electrodomésticos, máquina-herramienta y otras muchas, lo utilizan.

Líneas de Producción


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Estos procesos son el resultado de la evolución de la

producción en cadena, ideada por Henry Ford. Se utiliza paraproducir grandes series de unos pocos productos, que suelenestar formados mediante el montaje de piezas. El producto sedesplaza colocado en cintas trasportadoras, en carros o enotros elementos de transporte y va pasando por estaciones de

trabajo en cada una de las cuales se le aplica un determinadoproceso. Si en una planta se utilizan varias líneas deproducción, los productos pueden pasar de una línea a otra,existiendo muchas configuraciones posibles, así como

diferentes métodos y mecanismos de transferencia. Se suenenutilizar zonas o recipientes a modo de pequeños almacenes,para el almacenamiento intermedio de productossemielaborados, y alimentadores de piezas para los procesos.



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Básicamente hay dos tipos de Líneas: Líneas de Proceso y

Líneas de Montaje. En las primeras, un producto o materiaprima va pasando por distintos procesos que lo vantransformando hasta llegar al producto final. Un ejemplo lotenemos en el mecanizado de piezas. Las Líneas de Montaje

se utilizan para fabricar productos formados por conjuntos depiezas montadas. Quizás sea la fabricación de automóviles elejemplo más típico de este tipo de producción. Se fabricangrandes series de unos pocos modelos. Otros ejemplos son lafabricación de ciertos productos de gran consumo comoneumáticos, lámparas, bicicletas, envases de plástico, etc.



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En este tipo de fabricación se diseña toda la factoría enfunción del producto a fabricar, por lo que un cambio deproducto suele exigir el cierre de aquella o, al menos, unacompleta remodelación de la misma.

Producción Continua


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Producción Continua



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Es el tipo indicado cuando se desea producir pocosproductos, de naturaleza simple (no compuestos de muchas

piezas) y en grandes cantidades. Se puede ver como un flujocontinuo de producto sobre el que se van realizando una seriede operaciones o procesos. Por un lado entra la materia primay por otro sale el producto final

Proceso 2Proceso 1 Proceso 3MateriaPrima

ProductoFinal

Este tipo de producción se aplica sobre todo en las industriasquímicas, petroquímicas, textiles, de plástico y de laminaciónde acero.

Ubicación de los Procesos


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Ubicación de los Procesos



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La disposición de los procesos dentro de la planta deproducción es importante porque de ella dependen muchosfactores del proceso de producción así como la comodidad delpersonal, los cableados de alimentación y buses decomunicaciones, etc. Los programas simulación (estocástica)de procesos pueden ayudar mucho en el diseño de la

distribución en planta. Tradicionalmente se consideran cuatroposibilidades de ubicación: Producto en Posición Fija (Por Proyectos), Por Clases de Procesos (Por Procesos),

En Flujo de Producto (Por Productos), Por Tecnología de Grupos, Por Células de Fabricación,


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Producto en Posición Fija



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Cuando el producto es muy grande, muy pesado o, poralguna otra razón, no debe o puede moverse, hay que ubicarlos Materiales, las Herramientas y y el resto de Equipos deFabricación en la zona más idónea para, en su momento,incidir en el producto. A veces se precisa realizar obras einstalaciones especiales para poner todo en una buenadisposición. Es la disposición más indicada en las industriasnaval, civil y aeronáutica.


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Distribución Por Posición Fija



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PRODUCTOMáquinasy Equipos

Máquinasy Equipos

Máquinasy Equipos

Máquinasy Equipos


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Por Clases de Procesos



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Las máquinas de producción se ubican en zonas o locales dela factoría por clases de procesos. En cada zona o local sólose realiza un proceso. Es una distribución que se implantamucho para procesos de mecanizado de piezas: la misma

pieza va pasando por las distintas zonas hasta finalizar sumecanizado. Resulta un tipo de fabricación muy flexiblepuesto que se puede cambiar el proceso simplementeañadiendo o quitando ciertas máquinas.

Di t ib ió P


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Distribución por Procesos



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Disposición por Células (Procesos)


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Disposición por Células (Procesos)



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Distribución Por Procesos y


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Por Producto



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En Flujo de Producto



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Los elementos que intervienen en la producción se disponen alo largo del flujo de producto. Por ejemplo, a lo largo de unaLínea de Montaje en una fabricación de líneas dedicadas o a

lo largo del flujo de producto una producción continua. No esfácil hacer cambios en el proceso.


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Por Tecnología de Grupos



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Esta distribución está indicada para factorías con grandiversidad de productos y pretende ser una combinación delas dos anteriores. Se basa en clasificar en familias las piezasa fabricar (sin importar el producto en el que irán montadas)

por su semejanza en su diseño y fabricación. Con esto sepuede conseguir organizar la producción en dos partes:1) por clases de procesos, (que fabricaría las familias depiezas) y,

2) en flujo de producto (que fabricaría el resto de las piezas yharía los montajes pertinentes),

Distribución en Planta (Lay Out)


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introducción mecánica aplicada a las máquinas navales

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