universidad autÓnoma san francisco escuela profesional de
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA SAN FRANCISCO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA
MECANICA
TESIS
“OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN
DE TANQUES METÁLICOS MEDIANTE LA AUTOMATIZACIÓN
DEL GATEO HIDRAULICO
EN LA EMPRESA CMC, AREQUIPA 2020”
Presentado por el Bachiller: José María Castillo
Monteagudo
Para optar el Título Profesional de:
INGENIERO MECANICO
Asesor: Mgter. Naldi Mirian Ortiz Vilca
AREQUIPA – PERÚ
2020
i
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios, por la fuerza y la voluntad
que siempre me ha dado A mis padres que
nunca me dejaron de apoyarme de manera
incondicional.
A mis Papá Antonio José Castillo L. y Mamá
Andre Lupe Monteaguado H. A mis Hijos
Tadeo Ahava Castillo G y Maria Jose J. Castillo
G; por todo su apoyo y amor incondicional.
A la universidad Autónoma San Francisco, por
ser mi alma mater del conocimiento, quien
siempre la llevare en mi mente y corazón.
ii
EPÍGRAFE
Quienes tiene las ideas avanzadas y se
adelantan a la época, son considerados muchas
veces, personas que no están en su razón, sin
embargo, en la historia a demostrado lo
siguiente, que si se hacia caso, en su
oportunidad, los resultados serian otros.
Amadon
iii
INDICE GENERAL
Epígrafe ...................................................................................................................................... ii
Indice General............................................................................................................................ iii
Índice De Figuras ..................................................................................................................... vii
Índice De Tablas ........................................................................................................................ ix
Resumen .................................................................................................................................... xi
Abstract ..................................................................................................................................... xii
Introducción .............................................................................................................................. 13
Capitulo 1 ................................................................................................................................. 15
Planteamiento Teórico .............................................................................................................. 15
1. Problema ............................................................................................................................... 15
1.1. Identificación Del Problema .......................................................................................... 15
1.2. Enunciado Del Problema ............................................................................................... 17
2. Justificación .......................................................................................................................... 17
2.1. Justificación Técnica...................................................................................................... 17
2.2. Justificación Económica ................................................................................................ 17
2.3. Justificación Social ........................................................................................................ 18
3. Alcance ................................................................................................................................. 18
4. Antecedentes Del Problema ................................................................................................. 18
iv
5. Operacionalización De Variables ......................................................................................... 22
6. Interrogantes ......................................................................................................................... 23
7. Marco Referencial ................................................................................................................. 23
8. Hipotesis ............................................................................................................................... 48
Capitulo 2 ................................................................................................................................. 49
Planteamiento Operacional ....................................................................................................... 49
1. Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos ........................................................ 49
2. Campo De Verificacion..................................................................................................... 50
3. Entrategias De Recoleccion De Datos .............................................................................. 50
4. Presupuesto ........................................................................................................................... 51
Capitulo 3 ................................................................................................................................. 52
Resultados De La Investigacion Estudio Del Proceso De Fabricación De Tanques Metalicos 52
1. Descripción Del Procedimiento De Construcción De Tanques ............................................ 52
1.1. Requerimientos .............................................................................................................. 52
1.1.1. Permisos .................................................................................................................. 52
1.1.2. Requerimiento De Personal ..................................................................................... 52
1.1.3. Requerimientos De Equipos De Protección Personal ............................................. 53
1.1.4. Requerimiento De Equipos De Apoyo .................................................................... 54
1.1.5. Requerimiento De Máquinas Y Herramientas ........................................................ 54
1.1.6. Requerimientos De Elementos De Izaje .................................................................. 55
v
Capitulo 4 ................................................................................................................................. 73
Diseño Del Sistema Automatizado De Gateo Hidraulico ........................................................ 73
1. Especificaciones ................................................................................................................ 73
2. Características Del Tanque ............................................................................................... 73
3. Determinación De Cargas ................................................................................................. 74
4. Carga Máxima ................................................................................................................... 74
5. Dispositivos Que Componen El Sistema Hidráulico ........................................................ 75
6. Presión De Trabajo ............................................................................................................ 75
7. Flujo En El Sistema ........................................................................................................... 76
8. Esquema Del Sistema Automatizado De Gateo Hidráulico .............................................. 77
9. Control Y Funcionamiento ................................................................................................ 78
Capitulo 5 ................................................................................................................................. 79
Implementación Del Sistema Automatizado De Gateo Hidráulico .......................................... 79
1. Costo De Inversión ............................................................................................................ 79
1.1. Presupuesto De Estudio En Ingeniería Y Ejecución ................................................. 79
1.2. Otros Costos ............................................................................................................... 80
2. Estudio Del Proceso Con Sistema Hidráulico Automatizado .............................................. 80
2.1. Variación De Tiempos En Procesos Afectados ............................................................. 80
2.1.1. Mano De Obra ......................................................................................................... 81
2.1.2. Máquinas Y Herramientas .......................................................................................... 83
vi
2.3. Especificaciones Del Sistema Hidráulico ...................................................................... 86
3. Optimización Del Proceso ................................................................................................. 86
3.1. Tiempos ......................................................................................................................... 86
3.2. Mano De Obra ........................................................................................................... 87
3.3. Máquinas .................................................................................................................... 88
Conclusiones ............................................................................................................................. 90
Recomendaciones ..................................................................................................................... 91
Anexos ...................................................................................................................................... 92
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura N° 1 Tanques de almacenamiento ................................................................................. 29
Figura N° 2 Clasificación de Tanques Atmosféricos ............................................................... 30
Figura N° 3 Tanques de Almacenamiento para Hidrocarburos. ............................................... 32
Figura N° 4 Principales propiedades mecánicas de los aceros. ................................................ 33
Figura N° 5 Esfuerzo Deformación para Aceros de Dureza Natural Laminados. .................... 34
Figura N° 6 La gestión y mejora continua de las etapas del ciclo de Deming ......................... 36
Figura N° 7 Estructura de un Tanque de Almacenamiento ...................................................... 37
Figura N° 8 Soldadura junta a Tope ......................................................................................... 38
Figura N° 9 Tipos de Uniones de Soldadura ............................................................................ 38
Figura N° 10 Soldadura por electrodo revestido o soldadura SMAW. .................................... 39
Figura N° 11 Diagrama del proceso de soldadura GTAW ....................................................... 40
Figura N° 12 Muestra del desarrollo del proceso de la soldadura FCAW ............................... 41
Figura N° 13 Soldadura de Tanques. ........................................................................................ 42
Figura N° 14 Soldadura Horizontal de Tanques ....................................................................... 42
Figura N° 15 Excel ................................................................................................................... 43
Figura N° 16 MS Project .......................................................................................................... 44
Figura N° 17 Instrucciones para PTS ....................................................................................... 45
Figura N° 18 Elementos ........................................................................................................... 58
Figura N° 19 Armado columnas de izaje y arriostramiento ..................................................... 59
Figura N° 20 Erección del cilindro ........................................................................................... 60
Figura N° 21 Montaje de último anillo ..................................................................................... 61
Figura N° 22 Procedimiento para la fabricación y montaje ..................................................... 62
viii
Figura N° 23 Procedimiento y fabricación de montaje ............................................................ 63
Figura N° 24 Estructura soporte del techo Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la
fabricación y montaje de tanques para almacenamiento. (2012).............................................. 65
Figura N° 25 Secuencia de soldadura ....................................................................................... 66
Figura N° 26 Esquema del sistema de gateo hidráulico ........................................................... 77
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla N° 1 Operacionalización de las variables. ...................................................................... 22
Tabla N° 2 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos. ............................................... 49
Tabla N° 3 Presupuesto ............................................................................................................ 51
Tabla N° 4 Permisos ................................................................................................................. 52
Tabla N° 5 Requerimiento de personal .................................................................................... 52
Tabla N° 6 Requerimientos de equipos de protección personal. .............................................. 53
Tabla N° 7 Requerimiento de equipos de apoyo ...................................................................... 54
Tabla N° 8 Requerimiento de máquinas y herramientas .......................................................... 54
Tabla N° 9 Elementos de izaje ................................................................................................. 55
Tabla N° 10 Tiempos de procesos ............................................................................................ 67
Tabla N° 11 Cuadrillas por proceso ......................................................................................... 68
Tabla N° 12 Mano de obra por proceso .................................................................................... 69
Tabla N° 13 Requerimiento de máquinas y herramientas por proceso .................................... 70
Tabla N° 14 Utilización de máquinas y herramientas por proceso .......................................... 71
Tabla N° 15 Análisis del proceso de fabricación de tanques. .................................................. 72
Tabla N° 16 Dimensiones ......................................................................................................... 73
Tabla N° 17 Dispositivos que componen el sistema hidráulico ............................................... 75
Tabla N° 18 Presupuesto de estudio en ingeniería y ejecución ................................................ 79
Tabla N° 19 Variación de tiempos en procesos afectados ....................................................... 81
Tabla N° 20 Cuadrilla de mano de obra en sistema hidráulico automatizado .......................... 81
Tabla N° 21 Mano de obra por proceso .................................................................................... 82
Tabla N° 22 Requerimiento de máquinas y herramientas por proceso, sistema automatizado 83
x
Tabla N° 23 Utilización de máquinas y herramientas por proceso .......................................... 84
Tabla N° 24 Evaluación de tiempos en el proceso de fabricación de tanques ......................... 85
Tabla N° 25 Equipo de poder ................................................................................................... 86
Tabla N° 26 Variación de MO empleada en hh, con sistema automatizado ............................ 87
Tabla N° 27 Variación de horas máquina con el sistema hidráulic automatizado ................... 88
xi
RESUMEN
El presente trabajo de investigación tuvo el propósito de dar a conocer acerca de la
optimización del proceso de fabricación de tanques metálicos mediante la automatización del
gateo hidráulico en la empresa CMC, Arequipa, siendo nuestro problema la falta de un sistema
hidráulico controlado para mejorar los tiempos de fabricación de tanques metálicos en la
empresa CMC S.R.L., durante el año 2020, el cual permita una disminución significativa de
tiempo y ahorro de dinero en la fabricación de tanques metálicos. Nuestro objetivo se trazó en
Optimizar el proceso de fabricación de tanques metálicos en la empresa CMC, durante el
montaje de los anillos mediante el sistema de gateo hidráulico.
Para ello, se ha detallado, todo el proceso de fabricación que debe seguirse, según las
recomendaciones de las normas de la fabricación, se trabajó con dos variables Proceso de
fabricación y Gateo hidráulico, se planteó en calidad de hipótesis general que la automatización
del gateo hidráulico durante el montaje de anillos da como resultado que el proceso de
fabricación de tanques metálicos sea más óptimo.
Se llegó a la conclusión que mediante el análisis y comparación de tiempos y recursos
empleados en el proceso de izaje manual con el proceso de izaje automatizado se identifica una
reducción en el tiempo y en los recursos destinados a la fabricación de tanques. Por otro lado se
identificó las ventajas del sistema hidráulico automatizado, teniendo mejores resultados en
procesos auxiliares como la soldadura.
Palabra claves: sistema hidráulico, Gateo, proceso de fabricación, tiempo, costo
xii
ABSTRACT
The present research work was intended to make known about the optimization of the metal
tanks manufacturing process by automation of hydraulic gateo in the CMC company, Arequipa,
with our problem being the lack of a controlled hydraulic system to improve times Metal tanks
manufacturing in the company CMC SRL, during the year 2020, which allows a significant
decrease in time and saving money in the manufacture of metal tanks. Our goal was stressed in
optimizing the process of manufacturing metal tanks in the CMC company, during the assembly
of the rings through the hydraulic crawler system.
For this, it has been detailed, the entire manufacturing process that must be followed,
according to the recommendations of manufacturing standards, is working with two variables
manufacturing process and hydraulic gateo, was proposed as a general hypotheses than the
automation of gateus Hydraulic during the assembly of rings results in the process of
manufacturing metallic tanks more optimal.
It was concluded that through the analysis and comparison of times and resources used in
the manual lifting process with the automated lifting process, a reduction in time and resources
intended for the manufacture of tanks is identified. On the other hand, the advantages of the
automated hydraulic system was identified, having better results in auxiliary processes such as
welding.
Keyword: Hydraulic system, Gateo, manufacturing process, time, cost
13
INTRODUCCIÓN
El desarrollo de la investigación es parte de mi experiencia profesional en el campo de la
industria metal mecánica, donde participe activamente en la fabricación y montaje de
estructuras para el uso industrial y minero, siendo participe de estas actividades es que evidencie
oportunidades de implementar mejoras usando los conocimientos adquiridos en la etapa de
pregrado junto con la experiencia laboral adquirida a lo largo de estos años en el desarrollo de
los trabajos de estructuras metálicas.
Uno de los principales trabajos requeridos por la industria minera es la fabricación y el montaje
de tanques para diferentes usos, como por ejemplo el reaprovechamiento del relave minero
producto del procesamiento del mineral. Para la fabricación de los tanques es necesario realizar
el dimensionamiento según requerimientos, seleccionar los materiales, los equipos y
herramientas necesarias para su fabricación, también es muy importante la selección del
personal que realizara la actividad, el cual tiene que contar con conocimiento y experiencia en
la actividad. Los trabajadores deberán tener la certificación en soldadura según el proceso a
realizar (SMAW, GTAW, FCAW, etc.), por las dimensiones de los tanques y las características
es necesario implementar y desarrollar un mapeo de proceso para determinar las oportunidades
de optimizar en tiempos, costos, horas hombre y disminuir el riesgo de accidentes con controles
de seguridad.
Los tanques son fabricados en planta taller y montados en el sitio donde el cliente lo solicite,
este proceso se desarrolla por etapas establecidas en el procedimiento de trabajo seguro (PETS),
siendo una actividad critica el levantamiento de los anillos que conforman la estructura,
tomando un tiempo de 6 horas con cuadrillas de 8 personas.
14
El propósito de la investigación es optimizar el proceso de fabricación de tanques de
reaprovechamiento de relaves, utilizando herramientas de diagnóstico y mapeo de procesos,
para determinar puntos cuellos de botella donde se pueda implementar mejoras y rediseñar el
proceso si es necesario. Se debe realizar el planeamiento correcto para contar con los recursos
en su debido tiempo, ejecutar la actividad en los tiempos establecidos, supervisar
constantemente el correcto desarrollo de las actividades utilizando equipos de monitoreo y
pruebas en vacío y finalmente evaluar los resultados obtenidos para saber los beneficios
obtenidos a nivel técnico y económico para la empresa.
15
CAPITULO 1
PLANTEAMIENTO TEÓRICO
1. PROBLEMA
1.1. Identificación del problema
La industria metalmecánica existe en todos los países a nivel mundial, es uno de los
sectores que intervienen directamente en la construcción de los más grandes proyectos
industriales como edificios, puentes, plantas mineras y también en proyectos de menor
tamaño, siendo uno de sus principales mercados la fabricación de estructuras, equipos y
demás requerimientos para el inicio de operaciones de un proyecto minero.
De otro lado, en la industria metal mecánica que tiene su campo de acción en la
fabricación de productos con acero, fierro y otros elementos anticorrosivos, muchas
veces, existen empresas de manera equivocada optan decisiones negativas, prefieren
usar insumos de mala calidad, en algunos casos, quienes son los fabricantes, no tienen
la debida experiencia profesional y técnica, en otros casos, los diseños son muy
anticuados que no responden a las exigencias del requerimiento en que la producción lo
exige. Pues, se debe incidir siempre el control de calidad, en el momento de supervisar
16
los insumos que intervienen en la fabricación de los tanques metálicos mediante la
automatización del gateo hidráulico en la empresa CMC
A nivel de Sudamérica el Perú es uno los principales productores de minerales,
caracterizado por la industria minera en crecimiento y desarrollo, necesitando para ellos
la fabricación de estructuras diseñadas exclusivamente para sus procesos de obtención
de minerales.
Las empresas mineras generan recursos y también consumen recursos naturales como
es el agua que forma parte de los relaves junto con mineral molido y otros componentes
la cual se busca reaprovechar mediante diferentes procesos y técnicas, el relave será
almacenado en tanques de grandes dimensiones, siendo estas estructuras mandadas a
fabricar y montar por empresas contratistas.
La construcción de los tanques de reaprovechamiento de relaves, en la empresa CMC
S.R.L. se da mediante el sistema de denominado “Gateo”, este procedimiento representa
una demora significativa de “6 horas” en el proceso de gateo para el montaje de cada
anillo de la estructura del tanque.
Se observó que en el proceso de instalación se realiza en etapas definidas comenzando
por el montaje del primer anillo del tanque y posteriormente levantado mediante gatas
hidráulicas hasta una altura considerable y por último pueda instalarse el siguiente anillo.
Por otra parte, la disposición y el funcionamiento de las gatas hidráulicas del sistema
“Gateo” resulta ineficiente puesto que estas funcionan mediante la acción de los
operadores, es decir las gatas hidráulicas trabajan individualmente y no en conjunto y de
forma controlada lo cual sería ideal. En consecuencia, estas malas prácticas producen
pérdidas significativas en tiempo y costos
17
1.2. Enunciado del problema
¿Cuál sería el procedimiento adecuado que permitirá la disminuían significativa del
tiempo y el ahorro del costo en la fabricación de tanques metálicos en la empresa CMC
S.R.L.2020?
2. JUSTIFICACIÓN
La presente investigación se justifica por buscar optimizar el proceso de construcción y
montajes de tanques para el reaprovechamiento de relaves, mejorando el proceso productivo,
en el proceso de levantamiento de los anillos que conforman el tanque, levantando el primer
anillo del tanque, para poder instalar el siguiente anillo del tanque y sucesivamente. El proceso
de levantamiento de los anillos se da mediante un sistema de gatas hidráulicas, teniendo una
demora de 6 horas, con una cuadrilla de 8 trabajadores, por etapa de levantamiento.
2.1. Justificación técnica
Se justifica técnicamente por la existencia de información disponible, también permite
aplicar los conocimientos adquiridos en pregrado y buscar la forma de optimizar el sistema
de accionamiento de las gatas, el cual se realiza de forma manual, para realizarla de forma
automática mediante la implementación de nuevas técnicas y así disminuir el tiempo de
levantamiento a un tiempo ideal de 3 horas.
2.2. Justificación económica
Se justifica económicamente debido que al disminuir el tiempo de levantamiento por gatas
se disminuirá también el tiempo de montaje del tanque, influenciando directamente
disminuyendo los costos operativos.
18
2.3. Justificación social
Se justifica en lo social al incrementar un método más seguro de accionamiento de las gatas
sin la exposición de los trabajadores a agotamiento por el accionamiento manual de las gatas,
mejorando los tiempos de montaje y protegiendo al personal.
3. ALCANCE
El trabajo de investigación tiene un alcance a la industria metal mecánica que realiza trabajos
de construcción y montaje de estructuras metálicas industriales, siendo el beneficio obtenido en
la disminución de tiempos, de costos y optimización de los procesos en el área de fabricación y
montaje.
4. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
Antecedentes internacionales
Ángel (2018), en su tesis titulada “Mejoramiento del procedimiento de construcción de
tanques de acero para reducir los costos de construcción en la empresa S. Lagos”, que
tuvo como objetivo general, la mejora del procedimiento de construcciones de tanques
de acero con la aplicación de nuevas tecnologías y la rección de costos de construcción
den la empresa S. Lagos, siendo una investigación de tipo básica con un nivel
descriptivo, donde finalmente se concluyó que con la mejora de las etapas de
construcción para los tanques de acero se garantiza la entrega de los proyectos con gastos
reducidos y tiempos cortos, se determinó que los procesos de soldadura MIG-MAG,
GMAW son más eficientes frente al proceso SMAW.
Gonzales (2018), en su tesis titulada “Diseño y cálculo de un tanque de almacenamiento
de un fluido de alta temperatura”, que tuvo como objetivo general, demostrar la
19
importancia que supone el cálculo estructural en los diseños de depósitos en general ,
siendo una investigación de tipo descriptiva, donde finalmente se concluyó que luego
de la elaboración del proyecto se observó la intervención de numerosos factores que son
necesarios para el diseño de un depósito y su correcto funcionamiento; entre los más
importantes tenemos la selección del material, espesores de la base, forma, techo y
cuerpo, anclaje, anillo de coronación y el aislamiento.
Ticona 2016), en su tesis titulada “Aplicación de ensayos no destructivos y control de
calidad en la fabricación de tanques de almacenamiento atmosférico empleando acero
ASTM-A36 según norma API-650”, que tuvo como objetivo general, aplicar ensayos
no destructivos y controlar su calidad en las fabricaciones de tanques de almacenamiento
atmosférico, siendo una investigación de tipo descriptiva-experimental, donde
finalmente se concluyó que con la aplicación de los ensayos NDT, se aseguró un
adecuado seguimiento de la aceptabilidad de los productos donde se verificaron que las
uniones soldadas han sido realizados de una forma adecuada y correcta, minimizando la
posibilidad de la presencia de grietas o fisuras.
Jódar (2015), en su tesis titulada “Diseño Automático de Tanques de Acero con Techo
Fijo, según API 650”, que tuvo como objetivo general, la descripción de los pasos
necesarios para diseñar un tanque de acero atmosférico de fondo plano y tipo cilíndrico,
cumpliéndose con los requisitos de la norma API 650-2007, siendo una investigación de
tipo descriptiva- experimental, donde finalmente se concluyó que el resultado obtenido
a través del modelo de elementos finitos son algo similar al obtenido mediante las
soluciones analíticas. La pequeña diferencia presente es que en el modelo numérico no
se consideran exactamente la deformación del anillo como es el caso del análisis
20
analítico, ya que en la teoría Kroon se considera la cimentación infinitamente rígida; con
este estudio se logró disminuir tiempos y optimizar los costos de los procesos de
fabricación de tanques.
Torres (2015), en su tesis titulada “Diseño y evaluación de uniones soldadas por medio
de herramienta computacional “Autodesk Simulation Multiphysics” en tanque
horizontal atmosférico UL-142”, que tuvo como objetivo general, evaluar y diseñar
uniones soldadas a través de las herramientas computacionales Autodesk Simulation
Multiphysics para la elaboración de tanques UL-142, siendo una investigación de tipo
descriptiva- experimental, donde finalmente se concluyó que se logró la fabricación de
un tanque horizontal con el estándar UL-142 y los demás estándares que se especificaron
en el desarrollo de la investigación; de esta manera se logró cumplir con las exigencias
de los códigos y que brinda la confianza a los clientes.
Morales (2016), en su tesis titulada “Diseño y fabricación e instalaciones de tuberías en
los procesos industriales, con el empleo de tecnología de punta y ensayos para mejorar
la calidad de los proyectos”, que tuvo como objetivo general, establecer los métodos y
criterios de aceptación para inspeccionar con radiografías en las soldaduras de
penetraciones completas, cumpliendo también con la norma o código ASME B31.3 ,
siendo una investigación de tipo descriptiva, donde finalmente se concluyó que con la
aplicación de las tecnologías, las normas y ensayos de punta ha facilitado la
construcción de grandes complejos de diversas indoles logrando optimizar los tiempos
y los procesos, produciéndose una mejor calidad en toda la producción.
Rubio & Gudiño (2017), en su trabajo de investigación sobre “Diseño y elaboración de
tanques de acero inoxidable destinado a un sistema para el tratamiento de aguas
21
residuales”, tiene como objetivo lograr el diseño y la elaboración de los tanques,
obteniendo una sustentación normativa, así como, específica comprendiendo la
fabricación del tanque de acero del sistema de tratamiento de aguas, definir los costos
que se tendrían para su fabricación, siendo una investigación de tipo descriptiva
experimental, llegando de tal modo a la conclusión de diseñar la planta con las
especificaciones que se requerían, siguiendo las normativas que regularizan tanto el
diseño como el empleo de materiales.
Antecedentes nacionales
Flores (2014), en su tesis titulada “Estudio de la unión de metales por arco manual,
aplicación en la unión soldada de columna de anclaje y la seguridad en soldadura”, que
tuvo como objetivo general, seleccionar, estudiar y usar las técnicas de soldadura más
eficientes para la unión de los metales por arco eléctrico manual y así poder controlar
los efectos en las zonas de transformación de los metales base, siendo una investigación
de tipo experimental-explicativa, donde finalmente se concluyó que para un adecuada
soldadura en la unión de los metales se deben de limpiar las piezas bien antes de soldar,
con el objetivo de eliminar el óxido, grasas y los demás elementos que pueden generar
sopladuras y desprendimientos de gases, para realizar esta actividad de una manera
adecuada se utilizara el cepillo metálico o un amolador ligero. Se concluye también en
el proceso de soldadura no se debe de superar los 250 C°, y todo el proceso debe de
elaborarse de acuerdo a la normativa establecida.
22
5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
VARIABLE DEPENDIENTE
Proceso de fabricación
VARIABLE INDEPENDIENTE
Gateo hidráulico
Tabla N° 1 Operacionalización de las variables.
Variable Definición operativa Indicador Sub indicador
Proceso de
fabricación
Dependiente
Tiempo de
fabricación
Horas hombre
Horas maquina
Tiempo montaje
Costos de
fabricación
Costos mano de obra
Costo de materiales
Gateo hidráulico Independiente Automatización
Capacidad en
Toneladas
Numero de gatas
Altura de
levantamiento
Tiempo en horas
Fuente: Elaboración propia
23
6. INTERROGANTES
6.1. Interrogante general
¿Cómo realizar un análisis actual del procedimiento de la fabricación de tanque metálico
en la empresa CMC?
Interrogantes específicas
¿Cómo optimizar el tiempo de fabricación mediante el gateo hidráulico?
¿Cómo mejoraran los costos de fabricación con la disminución de los tiempos en el gateo
hidráulico?
7. MARCO REFERENCIAL
a. Conceptos básicos
Curva S
La curve S es una herramienta grafica de gran simplicidad y de uso muy extendido
para el monitoreo de proyectos y sus seguimientos, como se sabe por cada unidad de tiempo
definido se definirá si los gastos directos y su equivalente en recursos están de acuerdo a lo
planificado.
Horas hombre
Este parámetro divide los números de horas hombres requeridas por el número de los
trabajadores.
Mapeo de Procesos
Es una actividad o gestión empresarial que consiste en la identificación y descripción
de los procesos en donde operan las organizaciones, como por ejemplo un mapeo de
procesos es una representación gráfica de un conjunto de actividades para entenderlo de
24
manera rápida.
Mejora continua
La mejora continua viene hacer un conjunto de acciones enfocadas en obtener la mejor
calidad posible de los servicios, productos y procesos de una empresa.
Normalización
Son documentos que establecen las condiciones mínimas que deben de reunir un
servicio o un producto para que sirva al uso al cual está destinado.
Optimización
La optimización de los procesos consiste en la automatización al máximo de todos los
pasos que conforma el ciclo de producción, marketing, distribución, venta, atención al
cliente, transporte, publicidad, etc., ya sea de un servicio o de un producto.
Soldadura
La soldadura es una técnica que consiste en el nexo o unión de dos elementos de forma
constante mediante presión, calor o la combinación de ambos todo con el objetivo de
transformarlos en una nueva parte o pieza. Para juntar dos metales de forma permanente la
forma más económica es mediante la soldadura.
Tanques metálicos
Los tanques de almacenamiento son depósitos o estructuras fabricados de diversos
materiales, generalmente son de forma cilíndrica, usados para preservar gases a presión,
líquidos, etc. La función principal de los tanques es el almacenamiento de líquidos, de
acuerdo a las posiciones relativas del terreno se pueden clasificarse como superficiales,
elevados y enterrados.
25
b. Marco institucional
Normativa internacional
ASME
Es la parte encargada de los diseños, contiene distintas partes que comprenden los
cálculos de aberturas, cálculos de espesores, conexiones, etc.
El código aplicable a la construcción de recipientes y tanques de presión es el: ASME
Boiler and Pressure Vessel-código reference. Estos códigos están divididos en 11
secciones identificados con números romanos. Se encargan de establecer la descripción
de los requerimientos para la calificación de los procedimientos de soldadores y soldadura
que se utilizaran en la fabricación de tanques y recipientes de presión.
Importancia del código ASME:
Inspecciones de la tercera parte por el inspector autorizado ASME
Maximiza la seguridad en las áreas de trabajo, reduciendo los riesgos
Reduce los costos de seguro de la planta
Facilita el registro ante la STPS
AWS
Esta norma cubre los requisitos aplicables a las estructuras de acero al carbono y de
bajas aleaciones. Esta funciona para poder emplearse en conjunto con cualquier código o
especificaciones que complementen el diseño y las construcciones de estructuras de aceros.
Quedan fuera del alcance las tuberías a presión y recipientes y metales base con espesores
menores a 1/8 Pulg (3.2 mm).
ASTM
Se encarga de especificar los materiales aceptables para los tipos de tanques, también
26
se pueden encontrar otros materiales con características mejores que se pueden utilizar.
Código API 650:
Según esta norma tiene un alcance para aquellos tanques en los cuales se almacena
fluidos líquidos y son diseñados para el soporte de una presión atmosférica, menores a 18
Kpa, o presión interna que no excedan el peso del techo, con temperaturas menores a 93°
C.
Este estándar cubre el cálculo y diseño de los elementos que constituyen a un tanque.
De acuerdo a los materiales de fabricación sugiere algunas secuencias de la construcción
del tanque, procedimientos de la soldadura, prueba e inspección y así como también
lineamientos para sus operaciones.
API 620
Este estándar cubre los diseños y construcciones de los tanques de dimensiones grandes
de acero al carbono, operados a una presión media sobre la superficie, verticales y con unas
temperaturas no superiores a 93°C. El rango de presiones que provee estos estándares es:
18 kPa < Presión interna ≤ 103,4 kPa
Normativa nacional
Norma técnica peruana E020
Ésta norma es parte de las técnicas de edificación la cual llega a ser complementada
por las normas de diseño que son sismo rresistentes con diversos materiales con fines
estructurales.
27
Posee 2 tipos de carga las cuales tienen sus particulares característicos:
Carga muerta
Constituida por todos los pesos que ejerce el material mismo, así como los equipos y
distintos elementos que llegan a soportar la edificación.
Carga Viva
Viene a ser el peso de todo aquello que llegase a implementar fuera de las estructuras,
es decir, muebles, equipos, elementos móviles que soporte la infraestructura.
Norma técnica peruana E030
La norma E030 define las condiciones en las cuales se deben considerar para realizar
el diseño sismo rresistente de las diferentes edificaciones.
Hasta que no se lleguen a establecer normas que sean específicas en estructuras como
son los reservorios, tanques, puentes, muelles y todas las diferentes edificaciones que están
propensas a la sismicidad; deberá de ser empleado valores de Z & S
Las características principales de un diseño con características sismo rresistentes llegan
a ser descritas de la siguiente manera:
Llegan a fijar la continuidad de aquellos servicios que son básicos
Resguardar la vida humana
Disminuir los daños que pudiesen ocasionar en la propiedad
Norma técnica peruana E090
Esta norma hace referencia a los diseños, fabricación y montaje de estructuras
metálicas para edificaciones que aceptan criterios aplicando factores de carga y resistencia
LRFD y los métodos por esfuerzos permisibles ASD.
Los límites de aplicabilidad que tiene esta norma esta dado de acuerdo a los tipos de
28
construcción los cuales son 3.
Tipo 1: llamados también pórticos rígidos donde se asumen conexiones entre las vigas
y columnas que sean suficientemente rígidas con la finalidad de no modificar los ángulos
entre los elementos que se interceptan.
Tipo 2: este también es llamado pórtico simple o no restringido ya que asume una
condición de apoyo simple en sus extremos mediante conexiones sobre el corte que se
encuentran libres al rotar las cargas de gravedad.
Tipo 3: es también llamado pórtico semirrígido o parcialmente restringido done se
asumen las conexiones entre elementos que poseen una determinada capacidad conocida
de rotación que encierra el tipo 1 y el tipo
C. Marco teórico
Tanques de almacenamiento
Para Gonza (2014), nos dice: “los tanques de almacenamiento son depósitos o estructuras
fabricados de diversos materiales, generalmente son de forma cilíndrica, usados para preservar
gases a presión, líquidos, etc. La función principal de los tanques es el almacenamiento de
líquidos, de acuerdo a las posiciones relativas del terreno se pueden clasificarse como
superficiales, elevados y enterrados” p. 23.
Según Jiménez (2012), considera que “la función principal de los tanques es almacenar una
reserva suficiente de productos petrolíferos para su uso posterior o comercialización. También
sirve como un depósito final por donde circula el fluido, inicial e intermedio, los tanques de
almacenamientos son los más usados en los complejos petroquímicos por su fácil construcción
y sus bajos costos en comparación a otras estructuras” pp.11,13 .
29
Características para tener en cuenta en el diseño de un tanque de almacenamiento
a. Localización de los recipientes
b. Funciones que deberá de cumplir
c. Propiedades de los fluidos a almacenar
d. Cantidad por almacenar
e. Materiales disponibles
f. Costo de fabricación
g. Tiempo de vida útil
h. Mantenimiento
Clasificación de los tanques
Según Guillermo (2008), “los tanques de almacenamiento son usados como depósitos o
contenedores de reservas suficientes de alguna sustancia o producto para que tenga un uso
posteriormente.” P.34
La clasificación de los tanques se puede realizar de la siguiente manera de acuerdo a su
diseño, forma y el producto almacenado:
Figura N° 1 Tanques de almacenamiento
Fuente: Ramirez (2017)
30
A. Clasificación de los tanques de acuerdo a su diseño:
Según la presión del diseño:
Tanque atmosférico para una presión de 0 a 0.5 PSI.
Tanque atmosférico para bajas presiones de 0.5 a 15 PSI.
Tanque atmosférico para presiones mayores o altas de 15 PSI hacia adelante.
Tanques de almacenamiento atmosféricos
Figura N° 2 Clasificación de Tanques Atmosféricos
Fuente: Ramirez (2017)
b. Clasificación de tanques según su forma
Para la clasificación de los tanques de acuerdo a su forma está directamente relacionada a
su forma geométrica y en algunas oportunidades también se incluye la dimensión del tanque;
de acuerdo a los criterios señalados los tanques se clasifican de la siguiente manera:
Tanque cilíndrico: horizontal y vertical.
31
Tanque esférico: esférico de alta presión y esferoidales o esféricos.
Tanques cilíndricos verticales
Tanques de techo fijo
Tanques de Techo cónicos
Tanques de Techo Cóncavos
Tanques de techo flotante externo.
Tanques de techo flotante interno.
Tanques refrigerados de pared simple y doble.
Tanques cilíndricos horizontales o cigarros
Con Casquete Toriesférico
Con casquete semiesférico
c. Clasificación de tanques según el producto almacenado
Tanques adaptados para el Almacenamiento.
Crudo
GLP
GNL
PROPANO
NORMAL BUTANO
ISOBUTANO
GASOLINA Y DISEL
Tanques adaptados para los procesos (tanques presurizados).
Criogénicos estacionarios
32
Criogénicos móviles: (Camiones Criogénicos - Buques metaneros)
Figura N° 3 Tanques de Almacenamiento para Hidrocarburos.
Fuente: Ramirez (2017)
Materiales de fabricación - Acero
Según Malishev, Nikolaiev & Shuvalov. (1985), los aceros son aleaciones de hierro con una
cierta cantidad de carbono que suele estar en el rango de 0.03 % y 1.075 % en peso de su
composición que depende del grado; y suele contener otros componentes en pequeñas
cantidades como son manganeso, silicio, cromo, entre otros. Presenta mayor dureza, resistencia
y elasticidad que el hierro puro. p. 78
Características de los aceros:
Ductilidad
Dureza
33
Resistencia
Maleabilidad
tenacidad
d. Propiedades mecánicas de los aceros:
Figura N° 4 Principales propiedades mecánicas de los aceros.
Fuente: Bowles 2010.
Clasificación del acero
Para Bowles (2010), Los aceros se clasifican teniendo en consideración los elementos que
conforman la aleación y le producen cambios o efectos diferentes.
Aceros de carbono: de todos los aceros más del 90 % son de carbono.
Aceros aleados: Estos aceros contiene proporciones determinadas de molibdeno, vanadio, entre
otros elementos.
Aceros de baja aleación ultrarresistentes: Esta familia de aceros es la más reciente creada y la
más barata.
Aceros inoxidables: Estos aceros están conformados por níquel, cromo y otros elementos de
aleación para mantenerlos brillantes, resistentes, duros e inoxidables. pp.34.37
Resistencia del acero
El acero suele ser uno de los materiales estructurales usados más resistentes. Las resistencias
34
de diseños de la gran mayoría de los perfiles de los aceros laminados en caliente son de 340
mega pascales tanto en tensión como en comprensión, mientras tanto en algunos casos de una
calidad especial pueden llegar a resistencias de 480 Mega pascales.
Figura N° 5 Esfuerzo Deformación para Aceros de Dureza Natural Laminados.
Fuente: Larry, 2009.
Optimización de procesos
Según Herrán & Carlos (2008), “la optimización de los procesos consiste en la
automatización al máximo de todos los pasos que conforma el ciclo de producción, marketing,
distribución, venta, atención al cliente, transporte, publicidad, etc., ya sea de un servicio o de
un producto” p.15.
Es una manera de gestionar los procesos con el objetivo de analizarlo periódicamente de la
forma como se realizan los procesos y actividades de la organización, en una búsqueda
constante de una mejora u optimización continua de los resultados que se obtienen.
Desde este enfoque la optimización de proyectos no solo tiene un solo objetivo si no varios
35
como son:
Continuos cambios.
Aumento de la eficiencia y eficacia
Agilización al máximo de los procesos automáticos.
El ciclo de Deming
Para la página web EQUIPOALTRAN-Elisenda García (2016), el Ciclo Deming conocido
también como el ciclo PDCA o la espiral de mejora continua, es un proceso de optimización
y planificación creado para que las organizaciones y empresas que lo usen incrementen
constantemente sus estándares de eficacia y calidad. La aplicación de esta metodología puede
ser muy útil para que las compañías junto a su equipo aumenten su productividad y mejoren su
rendimiento debido que todo el esfuerzo y el trabajo están enfocados a conseguir o obtener una
serie de objetivos.
Los 4 pasos o componentes del ciclo de Deming para mejorar la competitividad de las
empresas son:
Planificar (plan)
Hacer o ejecutar (Do)
Verificar o comprobar (Check)
Actuar (Act)
36
.
Figura N° 6 La gestión y mejora continua de las etapas del ciclo de Deming
Fuente: Elisenda García, 2016.
Soldadura para tanques
Para Restrepo (2007), “los tanques son estructuras grandes de metal usados principalmente
por las industrias químicas, petroleras, papeleras y alimenticias; tienen diversas configuraciones
de acuerdo a una serie de parámetros como la construcción, orientación, dimensiones, pared
externa y tipo de cuerpo” p. 34.
. Actualmente ya no se usa la técnica de soldadura de unión por remaches de acuerdo a la
normativa 650 del API, los diversos procesos de soldadura hacen posible la construcción de
taques de dimensiones de gran magnitud uniendo placas de gran magnitud con equipos
automatizados reemplazando ya en muchos casos la soldadura manual tradicional.
Estructura y montaje de tanques en la soldadura:
37
Figura N° 7 Estructura de un Tanque de Almacenamiento
Fuente: Máquinas y herramientas 2019.
Para la página Máquinas y herramientas (2019), para la elaboración de los tanques
metálicos se requiere de grandes placas de acero con sus variantes como el acero inoxidable,
acero de Níquel y acero galvanizad.
Las diferentes etapas de soldadura que son necesarios para la construcción de tanques se
emplean diversas técnicas y equipos de acuerdo a los componentes de los tanques.
Tipos de uniones soldadas
Juntas a tope
En este tipo de juntas los bordes a soldar se encuentran paralelos y forman ranuras entre los
miembros ubicados frente a frente, estas ranuras pueden ser formados por una simple separación
de bordes.
38
.
Figura N° 8 Soldadura junta a Tope
Fuente: Máquinas y herramientas 2019
A. Juntas traslapadas
Es una junta soldada entre dos miembros traslapados, en la cual los bordes de los dos miembros
son soldadas a través de la soldadura de filetes.
B. Soldadura de filete
La soldadura de filete es usada para la realización de juntas de enfrentamiento perpendicular
como esquinas y las juntas “T”.
C. Soldadura de ranura
Es el depósito de soldadura que se da en miembros dispuestos a tope en los cuales los bordes
pueden o no estar preparados en forman una V, X, U, etc
Figura N° 9 Tipos de Uniones de Soldadura
Fuente: Rodriguez 2010.
39
Procesos de soldadura
Según Daddario (2017), los procesos de soldadura son los distintos medios, métodos y
herramientas que se utilizan para transmitir calor y generar el nexo o unión deseada entre dos
metales o elementos.
A. Proceso SMAW
Para Rodríguez (2010), “la soldadura SMAW o conocida también como soldadura por arco es
uno de los métodos más utilizados y se caracteriza por tener variedades de técnicas. El termino
de soldadura SMAW significa soldadura por arco con electrodos metálicos revestidos también
se lo suele conocer como soldadura en arco con electrodos recubiertos, soldadura de varillas o
soldadura manual de arcos metálicos” p. 22.
Se trata de un proceso en la que el calor de soldadura utilizado es originado a través de un arco
eléctrico en medio de la pieza de trabajo que viene hacer el metal base y un electrodo metálico
que viene hacer el metal de aporte cubierto de materiales químicos en una combinación idónea.
El proceso lo podemos representar en la siguiente figura:
Figura N° 10 Soldadura por electrodo revestido o soldadura SMAW.
Fuente: Rodríguez, 2010.
40
B. Proceso GTAW
Para Horwits (2002), el proceso de soldadura GTAW que tiene significado en ingles Gas
Tugsten Arc Welding o conocida también como TIG (Tungsten inert Gas); es una técnica por
arco eléctrico que se da entre la pieza o metal base a soldar y un electrodo de tungsteno bajo la
protección de un gas inerte que impide el contacto entre el baño de fusión y el aire con el
electrodo que está a altas temperaturas. p. 35
Este proceso de soldadura se realiza o aplica en todos los tipos de fabricación en los mercados,
comerciales, alimenticios, aeroespaciales y automotriz.
Figura N° 11 Diagrama del proceso de soldadura GTAW
Fuente: Hermógenes, 2007.
C. Proceso FCAW
Según Larry (2009), este “proceso de soldadura FCAW se la conoce como la soldadura por
arco con núcleos fundentes, consiste en la unión o nexo de los componentes(metales) por
calentamiento mediante el arco, un electrodo tubular y la pieza”. p. 55
Este proceso es utilizado frecuentemente en aceros de carbón inoxidables y aleaciones, no
es apto para los elementos no ferrosos; este proceso combina las propiedades aplicadas en las
41
soldaduras por arcos de los metales protegidos (SMAW), la soldadura por arco metal y gas
(GMAW) y la soldadura por arco sumergido (SAW).
Figura N° 12 Muestra del desarrollo del proceso de la soldadura FCAW
Fuente: Larry, 2009.
Equipos de soldadura
Mini-tractores
Estos equipos son usados para armar separados el techo y el piso del tanque, se sueldan
entre las placas de cada componente y efectuar también la soldadura interior del filete horizontal
de la virola inferior al piso. Se utilizan los siguientes procesos de soldadura SMAW, FCAW,
TIG y SAW. Larry (2009, 32),
Carros para soldadura vertical
Las soldaduras verticales son usadas para unir las chapas de acero que conforman la virola
del cuerpo del tanque una por una. Los procesos de soldadura aplicados generalmente son la
soldadura FCAW, soldadura por electro gas o electro escoria (EGW).
Los carros que son usados en la soldadura EGW son plataformas de operaciones que se emplean
42
para la soldadura vertical de una sola pasada.
Figura N° 13 Soldadura de Tanques.
Fuente: Máquinas y herramientas 2019.
D. Carros para soldadura horizontal
La soldadura de circunferencia o horizontal se realiza con equipos automáticos para la
unión entre sí de las virolas de los tanques durante sus construcciones en el campo. Suelen estar
equipados por un control de desplazamiento, cabezales de soldadura, cintas transportadoras del
fundente y sistemas de recuperación de fundentes.
Figura N° 14 Soldadura Horizontal de Tanques
Fuente: Máquinas y herramientas 2019.
43
Software de apoyo
Excel
El Excel es un software informático que se desarrolló por la empresa Microsoft con la
finalidad de realizar de una forma más práctica, ordenada y efectiva las actividades contables,
organizativas, financieras y de programación que gracias a la funcionalidad para crear y trabajar
en hojas de cálculo es posible gestionar tablas, formulas, formatos matemáticos y cálculos para
ingeniería en los diferentes campos de aplicación.
Figura N° 15 Excel
Fuente: Elaboración Propia.
Ms Project
También es llamado Microsoft Project es un software que tiene como aplicación en la
ingeniería la planificación de proyectos diseñados, desarrollados y comercializado, de uso
exclusivo por administradores de proyectos en el desarrollo de planes, asignación de tareas,
seguimiento a los procesos de un proyecto, para presupuestar y analizar la carga de trabajo.
Brindando soluciones de una forma eficaz y efectiva.
Herramientas:
44
Figura N° 16 MS Project Fuente: netcurso.(2020)
Seguridad
Según Decreto Supremo Nº 024-2016-EM la seguridad laboral es el conjunto de
procedimientos y métodos que tienen como objetivo evitar y eliminar los riesgos que existen en
un determinad trabajo en la manipulación de equipos o al desarrollar una actividad específica,
los cuales pueden llegar a ocasionar enfermedades, lesiones, accidentes e incidentes leves,
moderados o graves.
IPERC
Por parte de Pozo, J. (2011) la identificación de peligros, evaluación de riesgos también
llamado IPRC “es aquella forma metodológicamente hablando que ordena de modo sistemático
las actividades que se deben desarrollar para disminuir la cantidad de accidentes e incidentes
evitando los riesgos y peligros a los que se someten los trabajadores. Siendo una de las técnicas
más importantes en el desarrollo de las diferentes actividades que se realizan en las empresas
industriales” .p. 22
Los pasos para desarrollar un IPERC son:
45
Identificación de Peligros
Evacuación de Riesgos.
Minimización y control de Riesgos.
Peligro
Los peligros están definidos como todo aquello que tiene la potencialidad de causar un daño
a las personas, objetos, equipos, ambiente y procesos ocasionando severas incapacidades.
Riesgos
El riesgo se define como la combinación de la probabilidad y severidad que se refleja en un
posible peligro el cual llegue a causar una pérdida o daño a las personas, equipos, procesos y
medioambiente donde se desarrollan las diferentes actividades.
PTS
También llamados procedimientos de trabajo seguro y se definen como aquellas pautas, pasos
y secuencias que se deben considerar en el desarrollo de una actividad, donde se puede
encontrar el siguiente esquema.
Figura N° 17 Instrucciones para PTS Fuente: Garcia (2019)
46
Trabajos en caliente
Los trabajos en caliente son todas aquellas actividades que exponen a los trabajadores al
calor como por ejemplo las chispas de corte de un material, soldado de materiales, esmerilado
y demás donde se puede llegar a causar incendios o explosiones
Algunos procedimientos que se deben seguir deben ser los siguientes.
Permiso para trabajos en caliente.
Inspección del área de trabajo.
Determinar un trabajador como responsable o guardia de incendioSacar copias de los
permisos de los trabajos en caliente a realizar en las diferentes áreas de trabajo.
Después de haber iniciado la jornada la inspección se deberá realizar de forma continua
por cada 30 minutos.
Después de haber culminado la labor de vigilia se devuelve las copias de trabajo en
caliente.
Este tipo de permisos se debe mantener por el tiempo normal de un año.
Fallas:
Según Decreto Supremo Nº 024-2016-EM Las fallas en las actividades de trabajos en
caliente pueden ser las siguientes.
Fallas para reconocer la necesidad de realizar un trabajo en caliente, cuando se puede
llevar a cabo fácilmente un trabajo en frío para lograr el mismo resultado.
Fallas para comprobar si se cumplen todas las condiciones antes de emitir un permiso.
Fallas para notificar al supervisor del turno siguiente sobre el trabajo caliente ya
programado.
47
No realizar el control del equipamiento, lo que puede provocar fuga de gases inflamables
del equipo en el área de trabajo.
Fallas para comprobar la presencia de vapores inflamables, especialmente en áreas
comunicadas con el lugar donde está programado el trabajo en caliente.
Fallas para eliminar todos los materiales combustibles que pudiese haber en niveles
inferiores de donde se está realizando el trabajo en caliente, cuando este se lleva a cabo
en pisos abiertos de tipo rejilla.
Fallas para entender qué significa “trabajo en caliente” y no utilizar un permiso para
realizar el mismo.
Fallas para identificar los sistemas de protección/detección de incendios en el área de
trabajo, lo que conduce a la descarga/activación inesperada del sistema.
OBJETIVOS
Objetivo general
Determinar la Optimización del proceso de fabricación de tanques metálicos en la empresa
CMC, durante el montaje de los anillos mediante el sistema de gateo hidráulico.
Objetivos específicos
Evaluar el proceso actual de la fabricación de tanques metálicos en la empresa CMC para
diseñar un sistema hidráulico automatizado en base al gateo hidráulico.
Explicar el proceso de fabricación de tanques mediante la automatización del gateo hidráulico
para comparar el tiempo de fabricación.
Describir el uso de recursos en la fabricación disminuyendo los tiempos en el proceso gateo
hidráulico para mejorar el proceso de fabricación de tanques metálicos.
48
8. HIPOTESIS
La empresa CMC actualmente busca mejorar sus procesos de fabricación, como los costos;
es probable que la optimización en el proceso de fabricación de tanques metálicos en la empresa
CMC, durante el montaje de los anillos por medio del sistema de gateo hidráulico, en el año
2020, se reduzca el tiempo de fabricación.
Hipótesis específicas
Como resultado del análisis del proceso actual de la fabricación de tanques metálicos,
se deduce que es conveniente realizar el diseño de un sistema hidráulico automatizado.
El tiempo de fabricación de tanques metálicos se ve disminuido cuando se emplea el
sistema hidráulico automatizado para el montaje de anillos.
La automatización del gateo hidráulico afecta la utilización de recursos en el proceso de
fabricación de tanques, de tal manera que hace más óptimo su asignación.
49
CAPITULO 2
PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Tabla N° 2 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos.
Variable Indicador Sub indicador Técnicas Instrumento
Proceso de
fabricación
Tiempo de
fabricación
Horas hombre
Registro de datos y
análisis
Procedimientos
escritos de trabajo
seguro (PETS) y
Software de cálculo
(Excel)
Horas maquina
Tiempo
montaje
Costos de
fabricación
Costos mano de
obra
Costo de
materiales
Gateo
hidráulico Automatización
Capacidad en
Toneladas Análisis y Cálculo
Software de cálculo
(Excel) y fichas
técnicas y manuales.
Numero de
gatas Registros de datos
Altura de
levantamiento Análisis y calculo
Tiempo en
horas Análisis y calculo
Fuente: Elaboración propia
50
2. CAMPO DE VERIFICACION
a. Ubicación espacial
El desarrollo de la investigación se realizará en los talleres de fabricación de la
empresa metalmecánica CMC S.R.L. ubicados en la ciudad de Lima.
b. Ubicación temporal
El desarrollo de la investigación se realizará durante el año 2020, siendo el proceso
de fabricación de tanques una de las principales actividades de la empresa.
c. Unidades de estudios
La unidad de estudio es el área de fabricación y montajes de tanques, mediante el
sistema gateo hidráulico que se utiliza para el levantamiento y montaje de los anillos
que lo componen.
Horas hombre (HH)
Costos de fabricación
3. ENTRATEGIAS DE RECOLECCION DE DATOS
a. Recolección de datos
La técnica empleada para la recolección de datos fue la observación estructurada
cuyo instrumento es la lista de cotejo, así como la no estructurada haciendo uso de
registros descriptivos. La recolección de los datos se dio en el campo, tomando la
información de los procedimientos (PETS) para poder realizar el mapeo del
proceso, se midió los tiempos que demoran una cuadrilla de trabajadores para el
proceso de gateo hidráulico. Se utilizará información técnica disponible como
libros, manuales, etc. Para optimizar y proponer mejoras para disminuir el tiempo
51
empleado por gateo.
b. Tratamiento de los datos
La información recolectada será analizada de forma cuantitativa por el investigador,
los resultados obtenidos servirán para proponer la optimización del proceso para
que se pueda reducir tiempos, costos y mejorar el área.
c. Análisis de la información
Se realizará una interpretación técnica, para proponer un nuevo diseño y mejoras
al sistema de levantamiento de los anillos del tanque, mediante un sistema de gatas
hidráulicas que serán accionadas por controles hidráulicos.
4. PRESUPUESTO Tabla N° 3 Presupuesto
N° Descripción Costo (s/.)
1 Materiales de escritorio 50.00
2 Impresiones 100.00
3 Usb 32 Gb 35.00
4 Movilidad 200.00
5 Alimentación 150.00
6 Varios 200.00
7 Trámites administrativos 1000.00
Total 1735.00
Fuente: Elaboración propia
52
CAPITULO 3
RESULTADOS DE LA INVESTIGACION ESTUDIO DEL PROCESO DE
FABRICACIÓN DE TANQUES METALICOS
1. Descripción del procedimiento de construcción de tanques
1.1. Requerimientos
1.1.1. Permisos
Tabla N° 4 Permisos
ÍTEM DESCRIPCIÓN
01 Permiso de Trabajo Seguro
02 Permiso de trabajo en caliente
03 Permiso de Izaje Critico
04 Permiso de Trabajo en Altura
Fuente: Elaboración propia
1.1.2. Requerimiento de personal
Tabla N° 5 Requerimiento de personal
ITEM CANTIDAD CARGO OBSERVACIONES
1 01 Supervisor de Campo
2 01 Supervisor de Seguridad
3 01 Jefe de Grupo
53
4 01 Maniobrista por equipo Certificado
5 01 Operador de Grúa Certificado
6 01 Operador Rigger Certificado
7 06 Montajistas
8 06 Armadores
9 03 Oficiales
10 06 Soldadores
11 01 Electricista
12 01 Almacenero
Fuente: Elaboración Propia
1.1.3. Requerimientos de equipos de protección personal
Se deben listar todos aquellos equipos de protección personal, necesarios para la
ejecución de los bajos, haciendo énfasis en aquellos distintos a los equipos de
protección personal básicos.
Tabla N° 6 Requerimientos de equipos de protección personal.
ÍTEM DESCRIPCIÓN
1 Lentes de Seguridad Claros y
Oscuros
2 Casco de Seguridad
3 Zapatos de Seguridad
4 Tapones de Oído
5 Guantes de cuero para operador
6 Sobrelentes Claros y oscuros
7 Respirador de media cara
8 Mandiles de cuero
9 Escarpines de cuero
54
10 Guantes de cuero para soldador
11 Careta de soldador
12 Panorámico para amolador
Fuente: Elaboración propia
1.1.4. Requerimiento de equipos de apoyo
Tabla N° 7 Requerimiento de equipos de apoyo
ÍTEM DESCRIPCIÓN
01 Grupo electrógeno 80 KV
02 Camión Grúa de 7.5 tn
03 Grúa Telescopica cap. 20 tn.
04 Andamios Tipo Brio estandarizado s
05 Equipo de Izaje para tanques
Fuente: Elaboración Propia
1.1.5. Requerimiento de máquinas y herramientas
Tabla N° 8 Requerimiento de máquinas y herramientas
ÍTEM DESCRIPCIÓN
1 Herramientas manuales
2 Máquina de soldar
3 Amoladora 7”
4 Amoladora de 4 ½”
55
5 Prensa de 6”
6 Escalera telescópica de 4.0 m.
Fuente: Elaboración propia
1.1.6. Requerimientos de elementos de izaje
Tabla N° 9 Elementos de izaje
ÍTEM DESCRIPCIÓN
1 Gato hidráulico de 10 Tn
2 Caballetes guía
3 Equipo de anclaje
4 Sistema hidráulico
Fuente: Elaboración propia
ANALISIS
Se debe tomar en cuenta una serie de aspectos, en el omento de la fabricación de estos tipo
e tanques metal mecánicos, primero hacemos referencia a las Normas generales
Para los trabajos con camiones grúa, grúa e izaje críticos y levantamiento de carga se deberá
cumplir con lo establecido en el estándar.
El montaje del piso se realizará una vez que haya culminado y dado conformidad a la base
del tanque sobre la cual se construirá el tanque.
56
Montaje, armado y soldeo de piso
Revisión de la cimentación
Las cimentaciones construidas de concreto, estarán sujetas a las siguientes revisiones antes
de proceder a la construcción del piso del tanque:
Para realizar estas revisiones se utilizarán winchas metálicas estandarizadas, nivel óptico y/o
equipos de topografía. Este proceso
Centro de tanque
Conservar el centro original que sirvió para la construcción del anillo de cimentación, antes
que sean tendidas las planchas del fondo, (localizado por los planos generales de proyecto).
Después que ha sido localizado el centro, mídase el radio del tanque en todas direcciones
(deberá coincidir con el eje del anillo)
Orientación y ejes del tanque
La orientación indicada en los planos, está referenciada generalmente al norte o eje 0°.
Este norte constructivo o de dibujo puede no coincidir con el norte real, de modo que es muy
importante verificar que la orientación de boquillas, etc., estén de acuerdo con lo especificado
en el diseño del tanque.
Para referencias posteriores, deberán trazarse con exactitud los ejes N-S y E-W (0° - 180° y 90°
- 270°) de acuerdo con las indicaciones de los planos en la cara superior del anillo de concreto
y proyéctese a su cara exterior, de modo que no se borren.
57
Tendido de planchas del piso o fondo
Distribuir y tender las planchas del fondo del tanque, con el equipo disponible: camión grúa,
grúa pluma, o montacargas, las planchas se tenderán en su lugar siguiendo la secuencia marcada
en el plano de montaje, empezando del centro hacia la periferia, dependiendo de la dirección
del traslape. Para el manipuleo de las planchas se usarán barretillas o barrenos cuando se
requieran levantar o mover distancias mínimas, cuando se requiera arrastrar las planchas se
usará tecles o rachet con capacidad mayor a 1.5 tn. y todas las operaciones de manipuleo de
planchas se deberá realizar con por lo menos tres personas. Y nunca se deberá poner por ningún
motivo los dedos o manos debajo de las planchas
El arreglo del tendido de las planchas del fondo será con las planchas formando hileras
longitudinales y filas transversales. Las planchas periféricas de cierre son anulares e irregulares.
Las filas de planchas transversales deberán traslaparse por encima de las hileras longitudinales
adyacentes, a menos que lo prohíba alguna especificación particular del usuario.
Puntear las planchas entre sí no más de lo requerido para asegurarlas en su lugar. El soldador
que realice el punteo deberá estar acompañado con su ayudante en todo momento quien a la vez
realizara las labores de plantillado y observador de fuego.
Soldeo de fondo con planchas traslapadas
Se debe tener en cuenta la importancia que se le debe asignar al control de la contracción de
planchas debido a la soldadura, el soldeo puede iniciarse tan pronto como las planchas
rectangulares son colocadas y fijadas en su lugar con un mínimo de puntos de soldadura. Soldar
las juntas traslapadas a lo largo de las planchas rectangulares de cada hilera y las de las filas
transversales a lo ancho con costuras en un solo sentido y del centro hacia la periferia. Las
58
juntas deberán estar libres de puntos de soldadura cuando se suelden. Usar electrodos de la serie
E-60XX (AWS) a menos que se especifique otro en los planos de montaje.
El material de aporte se estima en un 5% del peso total del tanque.
Trazos sobre el piso
Una vez terminado el armado del piso transferir los ejes N, S, E y O marcados en el anillo
de cimentación con, laser, teodolito o tiralíneas para realizar el trazo del centro interceptando
las líneas de unión N-S y E-W.
Una vez fijado el centro del tanque sobre el, se traza el perímetro interior del casco sobre
el fondo con tramos de punta de diamante y se remarca con punto centro distanciados a 1” en
todo el perímetro.
Por último, siguiendo los planos de montaje se traza sobre el perímetro del tanque con
marcador de metalla ubicación de las juntas verticales, conexionas, accesorios de acuerdo al
plano y la ubicación de las columnas que deben estar separadas 3.0 m aprox. Ninguno de estos
elementos se deben interferir entre ellos.
Figura N° 18 Elementos
Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la fabricación y montaje de tanques para
almacenamiento. 2012
59
Montaje, armado y soldeo de casco
Armado columnas de izaje y arriostramiento
Figura N° 19 Armado columnas de izaje y arriostramiento
Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la fabricación y montaje de tanques para
almacenamiento. 2012
Previo a la erección del casco primero se debe montar y armar el equipo de gateo hidráulico.
El equipo de gateo cuenta de los siguientes elementos:
Cilindros completos
Caballetes
Astas de acero con roscas
Ganchos
Distanciadores
Piernas de apoyo
Asientos y tuercas
Estación central de bombeo y control de la operación
Mangueras con acoplamiento rápido
60
Soporte para andamio interno
Los gatos son instalados en la parte interna del tanque, lo que proporciona una mayor
seguridad respecto a la obtención de una buena geometría del tanque. Ellos son instalados sobre
las chapas del piso ya montado y nivelado y la parte externa queda librepara los movimientos
sin obstáculos de las chapas a ser instaladas y para los servicios de soldadura.
Erección del cilindro
Figura N° 20 Erección del cilindro
Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la fabricación y montaje de tanques para
almacenamiento. 2012
Previo al montaje se debe tener a la mano los separadores y punzones y para montar las
planchas se debe usar el equipo de maniobras apropiado: grúa, montacargas, balancín,
sujetadores, estrobos.
El montaje se inicia con el anillo superior, al que denominaremos 1º anillo, y una vez que
esté esta soldado es izado a una altura tal que permita montar el siguiente anillo y así
sucesivamente hasta llegar a montar finalmente el anillo inferior que ira sobre el fondo, al que
se le denominara ultimo anillo.
61
Figura N° 21 Montaje de último anillo
Fuente: Fabricaciones industriales MAO. 2016
El izaje del primer anillo se realizará entramos de 50 cm con paradas de 5 minutos a fin
de revisar un performance adecuado de los tecles durante cada parada. La altura final de levante
deberá ser igual a la altura de la plancha del anillo a montar más 5 cm.
Una vez culminado el izaje del primer anillo se procederá a montar las planchas del
segundo anillo. Para amarrar cada plancha al primer anillo se utilizarán separadores y cartelas.
Durante el montaje de las planchas curvadas para la pared se cumplirá con el estándar
SSOst0007_Grúas e Izajes Críticos v01.
Para mantener las planchas en posición, antes de efectuar las soldaduras verticales, se
podrá usar el siguiente procedimiento:
Se apuntalarán cartelas por la cara opuesta a aquella por donde se hará el primer
pase. Este apuntalamiento se hará dejando intactos los bordes de las planchas del
tanque.
62
Para los trabajos de soldadura se verificará que el soldador y personal asociado
vista los equipos de protección personal.
Figura N° 22 Procedimiento para la fabricación y montaje
Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la fabricación y montaje de tanques para almacenamiento.
2012
Este procedimiento se deberá repetir hasta montar el último anillo
Soldeo de juntas verticales y horizontales
Soldar las juntas verticales de acuerdo con el procedimiento de soldadura indicado, así
como con el electrodo seleccionado. Cada junta deberá permanecer centrada. Las cartelas
pueden colocarse interior o exteriormente pero siempre se colocarán en el lado opuesto al primer
lado soldado. Nunca se corte una plancha de casco o se suelde una abertura de raíz muy ancha
sin conseguir la autorización.
Soldar completo el lado de la junta que no tiene cartelas sobre ella, los candados y las demás
cartelas pueden ser removidas después que se ha soldado completamente el lado libre. Si la
curvatura correcta no se adquiere cuando se ha terminado el soldeo, deberá corregirse la junta.
Una moderada cantidad de martilleo puede dar la forma. La vertical entera debe estar correcta.
63
Figura N° 23 Procedimiento y fabricación de montaje
Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la fabricación y montaje de tanques para
almacenamiento. 2012
Para los trabajos de soldadura exterior se utilizarán andamios los que se construirán de
acuerdo al estándar SSOst0017_Andamios v01 de S0&9. Se construirá 1 cuerpo de andamio a
todo el alrededor.
Y cuando se suelde interiormente se construirá una plataforma con tablones de madera de
1`x2”x12´ por todo el interior con cable de acero perimetral para delimitar y evitar caídas.
Montaje del anillo de rigidez
Una vez que el primer anillo ha sido soldado completamente se procede a montar el anillo
de rigidez siguiendo siempre lo planos de montaje, previo al montaje se deberá recortar 12”
cada extremo del anillo de rigidez pues estos muestran tramos rectos una vez, culminado el
montaje y armado se procederá a su soldeo según la especificación aprobada.
Soldadura en la junta circunferencial fondo-casco
El montaje del último anillo del casco se hace directamente sobre el fondo. Pero previamente
se instalarán topes de 5 cm distanciado aproximadamente 30 cm al filo del perímetro interior
64
trazado sobre el fondo por punteo.
Una vez culminada la soldadura del ultimo anillo excepto el parche, se procede a realizar la
soldadura de la junta circunferencial fondo-casco esta soldadura se realizará primeramente por
el exterior y luego por el interior del casco, al final 1 solo soldador realizará la soldadura del
parche del último anillo junto con el fondo.
Revisiones durante la erección
Revisión de horizontalidad
Revisión de verticalidad
Revisión de redondez
Revisión de "PEAKING" (distorsión vertical)
Revisión de "BANDING" (distorsión horizontal)
Montaje, armado y soldeo techo
Instalación de columna central
La columna central se debe instalar con apoyo de grúa telescópica o camión grúa, la grúa
realizara el Izaje de la columna central y lo posicionara cerca del centro del tanque, donde con
anterioridad se haya fijado con soldadura la zapata de la columna. El armador es el encargado
de que la columna quede posicionada en el centro del tanque y que esta esté plomada. En forma
momentánea la columna quedara fijada por medio de arriostres mientras se instala la estructura
soporte del techo.
65
Figura N° 24 Estructura soporte del techo Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la fabricación y
montaje de tanques para almacenamiento. (2012)
Instalación estructura soporte y planchas
Una vez instalada la columna central, el armador se posicionará sobre la corona de la
columna central y otro armador se instalará en la periferia del casco a la altura del ángulo de
rigidez, ellos se encargan de la instalación de los rayos que soportarán las planchas del techo,
los rayos serán izados por medio de una grúa telescópica.
La secuencia de instalación será de la siguiente manera:
Los primeros 4 rayos se instalarán y fijarán por apuntalamiento por medio de cruz, para asegurar
que la columna centra quede posicionada en el centro.
Los siguientes rayos se instalará de forma horaria y según como se vayan montando se irán
soldando.
Una culminada la instalación y fijación de los rayos se procederá a instalar las planchas del
techo, la primera plancha que sea izada por la grúa se instalará en el centro de la estructura
soporte del techo, esta primera plancha se centrará en función de los ejes del tanque y será el
punto de partida para las demás planchas del techo. Las planchas del techo se arman con junta
66
de traslape de 1” y se realiza junta de filete al 100% según el procedimiento aprobado. La
secuencia de soldadura del techo será de adentro hacia afuera.
Figura N° 25 Secuencia de soldadura
Fuente: CMC S.R.L., Procedimiento para la fabricación y montaje de tanques para almacenamiento.
2012
Se realiza inspecciones de calidad al final de cada proceso de soldadura. La inspección de
soldaduras consiste en comprobar que los cordones de soldadura cumplan con requerimientos
establecidos por norma, y que se ajustan a los detalles estructurales del proyecto.
Se realizan las siguientes técnicas:
Líquidos penetrantes: consiste en un ensayo no destructivo en el que se comprueba si existen
grietas en la soldadura o cualquier otro defecto superficial. Aplicado a todo tipo de uniones.
Ultrasonido y radiografías: Ensayos no destructivos. Detectan todas los defectos superficiales y
profundos.
Análisis del proceso actual
Para el análisis de tiempo se tomó en cuenta únicamente los procesos que afectan o se ven
afectados al momento de implementar una mejora en el proceso de izaje de los anillos. Por lo
que se efectuó el estudio en el momento en que la cimentación para la base del tanque se
67
encontraba concluida e iniciaría la fase de montaje del tanque metálico, con la base. Dicho
estudio culminó al momento que también lo hacía la fase de unión entre anillos y base, dejando
de lado las posteriores etapas como fabricación del techo y pintado del tanque.
Etapas en estudio
Montaje y soldeo de la base del tanque
Montaje y soldeo de pared (anillos) del tanque
Tiempos de los procesos
Tabla N° 10 Tiempos de procesos
PROCESO TIEMPO
(hrs)
Revision y actividades previas 8
Montaje de planchas de base 16
Soldeo de planchas de base 16
Montaje de sistema de izaje 16
Izaje por anillo 6
Montaje y soldeo por anillo 16
Union base carcasa 8
Desmontaje de equipos 16
Fuente: Elaboración propia
68
Mano de obra
Tabla N° 11 Cuadrillas por proceso
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Monta
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Maniobrista por
equipo 0 0 0 0 9 0 0 0
Operador de Grúa 0 1 0 0 0 1 0 0
Operario Rigger 0 1 0 0 0 1 0 0
Montajista 0 6 0 6 6 2 3 6
Armadores 2 6 6 6 6 2 3 6
Oficiales 1 3 3 3 3 3 3 3
Soldadores 0 1 0 2 2 2 2 2
Fuente: Elaboración propia
69
Tabla N° 12 Mano de obra por proceso
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hh)
Maniobrista por
equipo (hh) 0 0 0 0 54 0 0 0 54
Operador de Grúa
(hh) 0 16 0 0 0 16 0 0 32
Operario Rigger
(hh) 0 16 0 0 0 16 0 0 32
Montajista (hh) 0 96 0 96 36 32 24 96 380
Armadores (hh) 16 96 96 96 36 32 24 96 492
Oficiales (hh) 8 48 48 48 18 48 24 48 290
Soldadores (hh) 0 0 96 32 0 96 48 0 272
Fuente: Elaboración propia
70
Máquinas y herramientas
Tabla N° 13 Requerimiento de máquinas y herramientas por proceso
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os
HERRAMIENTAS
MANUALES (3% MO) - - - - - - - -
EQUIPO DE GATEO
HIDRAULICO PARA TANQUE 0 0 0 1 1 1 1 1
GRUA DE 7.5 ton 0 1 0 0 0 1 0 0
GRUPO ELECTROGENO DE
80 KW. 0 0 1 1 0 1 1 0
MAQUINAS DE SOLDAR 0 0 1 1 0 1 1 0
ANDAMIOS TIPO TORRE 0 0 0 1 0 1 0 0
MAQUINAS ADICIONALES 0 0 1 1 0 1 1 1
Fuente: Elaboración propia
Las herramientas manuales no se analizan porque su uso es muy variable, en cuanto a su costo
se recomienda estimarlo como porcentaje de la mano de obra, el cual varía del 3 al 5%.
Las máquinas adicionales comprenden entre otros; amoladora, taladro, cortadora. Se les toma
en un mismo grupo debido a que tienen un uso variable, pero a diferencia de las herramientas
manuales éstas máquinas tienen uso considerable en horas máquina.
71
Tabla N° 14 Utilización de máquinas y herramientas por proceso
UTILIZACIÓN EN HORAS
MÁQUINA
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)
HERRAMIENTAS
MANUALES (3% MO) - - - - - - - - -
EQUIPO DE GATEO
HIDRAULICO PARA
TANQUE
0 0 0 16 6 16 8 16 62
GRUA DE 7.5 ton 0 16 0 0 0 16 0 0 32
GRUPO ELECTROGENO DE
80 KW. 0 0 16 16 0 16 8 0 56
MAQUINAS DE SOLDAR 0 0 16 16 0 16 8 0 56
ANDAMIOS TIPO TORRE 0 0 0 16 0 16 0 0 32
MAQUINAS ADICIONALES 0 0 16 16 0 16 8 16 72
Fuente: Elaboración propia
72
Fabricación del tanque
Tabla N° 15 Análisis del proceso de fabricación de tanques.
Fuente: Elaboración propia
73
CAPITULO 4
DISEÑO DEL SISTEMA AUTOMATIZADO DE GATEO HIDRAULICO
1. Especificaciones
El sistema de gateo es el encargado de izar el tanque en proceso de fabricación luego de montar
el primer anillo.
La capacidad debe superar la carga de izaje, la que es máxima al momento de montar el ultimo
anillo, dicha carga se compone del peso de los anillos, peso de estructura y accesorios.
2. Características del tanque
Tanque cilíndrico vertical, atmosférico para almacenamiento de agua.
Material de fabricación: Acero A-36
Densidad del acero A-36: 7860 kg/m3
Dimensiones del tanque:
Tabla N° 16 Dimensiones
Diámetro (m) Altura (m)
10 10
Fuente: Elaboración propia
74
3. Determinación de cargas
Material de construcción: Planchas de 1200mmX2400mm
Disposición de las láminas: Horizontal
Numero de anillos:
𝑁𝐴 =𝐻𝑇
ℎ𝑝=
10
1.2= 8.33
Donde:
NA: Número de anillos
HT: Altura del tanque
hp: Altura de la plancha
Número de planchas por anillo
𝑁𝑝 =𝑃𝑇
𝐿𝑝=
𝜋 × 10
2.4= 13.09
Donde:
Np: Número de planchas por anillo
PT: Perímetro del tanque
Lp: Longitud de la plancha
4. Carga máxima
Se dará en el izaje para colocar el ultimo anillo sosteniendo además la carga de dicho anillo.
Cálculo de cargas:
𝑃𝑎𝑟𝑒𝑑 = (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎) ∗ (𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎𝑠)
75
𝑃𝑎𝑟𝑒𝑑 =1200 ∗ 2400 ∗ 6 ∗ 7860 ∗ 8.33 ∗ 13.09
109 = 14815.75 𝑘𝑔
𝐴𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ∗ (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑)
𝐴𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝜋 ∗ 10 ∗ 7.30 = 229.58 kg
𝑇𝑒𝑐ℎ𝑜 = (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎) ∗ (𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎𝑠)
𝑇𝑒𝑐ℎ𝑜 =𝜋 ∗ 102 ∗ 6 ∗ 7860
4 ∗ 109 = 3920 𝑘𝑔
Carga total=14815.75 + 229.58 + 3920 = 18065.33 𝑘g
5. Dispositivos que componen el sistema hidráulico
Tabla N° 17 Dispositivos que componen el sistema hidráulico
Dispositivo Cantidad
Equipo motriz (motor,
bomba, deposito, válvula
reguladora de presión)
1
Válvula antirretorno 1
Válvula reguladora de
caudal de 3 vías 1
Válvula direccional 4-3
accionado con solenoide 1
Valvula de simultaneidad 1
Actuador - cilindro 9
Filtro 1
Linea de presión 2
Linea de retorno 2
Fuente: Elaboración propia
6. Presión de trabajo
Capacidad nominal del cilindro: 10 Tn
Diámetro interno del cilindro: 10 cm
76
Área interna del cilindro
𝐴 =𝜋 ∗ 𝐷2
4= 0.0079 𝑚^2
Presión en el cilindro:
𝑃 =𝐹
𝐴=
10000
0.0079= 12.42 𝑀𝑃𝑎
Presión de salida +5% = 13.04 MPa
7. Flujo en el sistema
Carrera de cilindros: 2.5 m
Tiempo de carrera Mínimo: 10 min
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 0.1 𝑚
Á𝑟𝑒𝑎 = 0.0079 𝑚2
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 0.0196 𝑚3
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 =𝑉
𝑡= 0.018 𝑚3/𝑚𝑖𝑛
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = 4.67 𝑔𝑝𝑚
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 = 17.67 𝑙/𝑚𝑖𝑛
77
8. Esquema del sistema automatizado de gateo hidráulico
Figura N° 26 Esquema del sistema de gateo hidráulico
Fuente: elaboración propia
78
9. Control y funcionamiento
El control del sistema automatizado será ejercido por el personal encargado, el cual estará
debidamente capacitado.
El accionamiento por solenoide de la válvula direccional permite un mejor control al inicio del
proceso de izaje, asimismo el regulador de caudal permite manejar la velocidad de elevación de
los anillos del tanque con mayor precisión.
79
CAPITULO 5
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA AUTOMATIZADO DE GATEO HIDRÁULICO
1. Costo de inversión
1.1.Presupuesto de estudio en ingeniería y ejecución
Tabla N° 18 Presupuesto de estudio en ingeniería y ejecución
Item Descripción Und
.
Metrad
o
Precio
(S/)
Parcial
(S/)
01 ESTUDIO DE INGENIERÍA 1,979.69
01.01
RECOPILACIÓN Y
LEVANTAMIENTO DE
INFORMACIÓN
glb 1.00 100.66
400.30
01.02 INFORME PRELIMINAR glb 1.00 266.80 445.76
01.03 DISEÑO DE INGENIERÍA glb 1.00 400.00 600.43
01.04 INFORME FINAL glb 1.00 533.20 533.20
02 DESARROLLO DEL PROYECTO 5,478.40
02.01 SUMINISTRO DE EQUIPOS Y
ACCESORIOS glb 1.00 3,481.21
4,565.70
02.02 INSTALACIÓN DE SISTEMA
HIDRÁULICO glb 1.00 492.80
634.66
02.03 PRUEBAS DE SISTEMA glb 1.00 278.04 278.04
80
HIDRÁULICO
Subtotal
(S/)
7,458.09
IGV
(18%)
1342.46
Total
(S/)
8800.55
Fuente: Elaboración propia
1.2.Otros costos
Costos adicionales a considerar en instalación del nuevo sistema
Para la instalación e implementación del nuevo sistema de elevación de tanques, se tomarán en
cuenta los siguientes factores:
1. Adecuación del entorno, estudio del modo de acoplamiento de los métodos de
procesos que se realizan en paralelo y en los que afecta el cambio de tiempo en el
proceso, y cómo afectarán estos procesos en el desarrollo programado del sistema
hidráulico, teniendo en cuenta su consumo de energía, el cual será compartido con
diversos procesos.
2. Capacitación de los trabajadores en el uso, manipulación, ejecución y
mantenimiento del sistema a implementarse
2. Estudio del proceso con sistema hidráulico automatizado
2.1. Variación de tiempos en procesos afectados
81
Tabla N° 19 Variación de tiempos en procesos afectados
PROCESO VARIACIÓN DE TIEMPOS (hrs)
Revisión y actividades previas 0
Montaje de planchas de base 0
Soldeo de planchas de base 0
Montaje de sistema de izaje +1
Izaje por anillo -2
Montaje por anillo 0
Union base carcasa 0
Desmontaje de equipos +1
Fuente: elaboración propia
Para el caso analizado, tanque de 9 anillos se analiza los tiempos:
𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = −2 ∗ 9 + 1 + 1
𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = −16 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
El signo negativo no sindica que hay una reducción en el tiempo de fabricación del tanque.
Se analizará los procesos que se ven afectados por el sistema automatizado de gateo hidráulico:
2.1.1. Mano de obra
Tabla N° 20 Cuadrilla de mano de obra en sistema hidráulico automatizado
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de
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82
Maniobrista por equipo 0 0 0 1 1 0 0 0
Operador de Grúa 0 1 0 0 0 1 0 0
Operario Rigger 0 1 0 0 0 1 0 0
Montajistas OPERARIO 0 6 0 6 6 2 3 6
Armadores PEON 2 6 6 6 6 2 3 6
Oficiales 1 3 3 3 3 3 3 3
Soldadores OPERARIO 0 1 0 2 2 2 2 2
Fuente: elaboración propia
Tabla N° 21 Mano de obra por proceso
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hh)
Maniobrista por
equipo (hh) 0 0 0 17 4 0 0 0 21
Operador de
Grúa (hh) 0 16 0 0 0 16 0 0 32
Operario Rigger
(hh) 0 16 0 0 0 16 0 0 32
Montajistas (hh) 0 96 0 102 24 32 24 102 380
Armadores (hh) 16 96 96 102 24 32 24 102 492
83
Oficiales (hh) 8 48 48 51 12 48 24 51 290
Soldadores (hh) 0 16 0 34 8 32 16 34 140
Fuente: elaboración propia
2.1.2. Máquinas y herramientas
Tabla N° 22 Requerimiento de máquinas y herramientas por proceso, sistema automatizado
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de
equip
os
HERRAMIENTAS
MANUALES (3% MO) - - - - - - - -
EQUIPO DE GATEO
HIDRAULICO
AUTOMATIZADO
0 0 0 1 1 1 1 1
GRUA DE 7.5 ton 0 1 0 0 0 1 0 0
GRUPO ELECTROGENO DE
80 KW. 0 0 1 1 0 1 1 0
MAQUINAS DE SOLDAR 0 0 1 1 0 1 1 0
ANDAMIOS TIPO TORRE 0 0 0 1 0 1 0 0
MAQUINAS ADICIONALES 0 0 1 1 0 1 1 1
Fuente: Elaboración propia
84
Las herramientas manuales no se analizan porque su uso es muy variable, en cuanto a su costo
se recomienda estimarlo como porcentaje de la mano de obra, el cual varía del 3 al 5%.
Las máquinas adicionales comprenden entre otros; amoladora, taladro, cortadora. Se les toma
en un mismo grupo debido a que tienen un uso variable, pero a diferencia de las herramientas
manuales éstas máquinas tienen uso considerable en horas máquina.
Tabla N° 23 Utilización de máquinas y herramientas por proceso
UTILIZACIÓN EN HORAS
MÁQUINA
Rev
isio
n y
act
ivid
ades
pre
via
s
Monta
je d
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Sold
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Izaj
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Monta
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Unio
n b
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carc
asa
Des
mon
taje
de
equip
os
TO
TA
L (
hm
)
HERRAMIENTAS
MANUALES (3% MO) - - - - - - - - -
EQUIPO DE GATEO
HIDRAULICO
AUTOMATIZADO
0 0 0 17 4 16 8 17 62
GRUA DE 7.5 ton 0 16 0 0 0 16 0 0 32
GRUPO ELECTROGENO DE
80 KW. 0 0 16 17 0 16 8 0 57
MAQUINAS DE SOLDAR 0 0 16 17 0 16 8 0 57
ANDAMIOS TIPO TORRE 0 0 0 17 0 16 0 0 33
MAQUINAS ADICIONALES 0 0 16 17 0 16 8 17 74
Fuente: Elaboración propia
85
Fabricación de tanque con el sistema hidráulico automatizado
Tabla N° 24 Evaluación de tiempos en el proceso de fabricación de tanques
Fuente: elaboración propia
86
2.3. Especificaciones del sistema hidráulico
En los anexos se muestran las especificaciones técnicas de los equipos y accesorios
seleccionados para el nuevo sistema hidráulico.
Equipo de poder:
Tabla N° 25 Equipo de poder
Motor eléctrico monofásico 7.5 HP
Bomba de engranajes 13.5 cm3/rev, 250 bar
FLANGE 90º 3/4"
FLANGE RECTO 3/8"
Acoplamiento Bomba Motor 28 mm,5 HP
Campana 250 mm
Valvula de Alivio 3/8"
Fuente: Elaboración propia
3. Optimización del proceso
3.1. Tiempos
La implementación del Sistema hidráulico tiene influencia en los tiempos de desarrollo de
algunos procesos.
Montaje de sistema de izaje: Al añadir el equipo de poder hidráulico y las mangueras de presión
y retorno, el grupo de trabajo empleará una hora adicional para montar el equipo de izaje.
Izaje de anillos: El sistema implementado permitirá acortar el tiempo inicial de 6 horas a la
mitad, resultado de la eliminación de tiempos muertos producidos por el control manual y la
ineficiente comunicación existente.
Desmontaje de equipos: Se ve incrementado en 1 hora el tiempo empleado en ésta tarea por lo
mismo que en el montaje, más equipos y accesorios.
87
3.2. Mano de obra
Tabla N° 26 Variación de MO empleada en hh, con sistema automatizado
Izaje
manual
(hh)
Izaje con sistema
automatizado
(hh)
Variación
(hh)
Maniobrista por equipo 486 53 -433
Operador de Grúa 32 32 0
Operario Rigger 32 32 0
Montajistas 668 572 -96
Armadores 780 684 -96
Oficiales 434 386 -48
Soldadores 272 204 -68
Fuente: Elaboración propia
88
3.3. Máquinas
Tabla N° 27 Variación de horas máquina con el sistema hidráulic automatizado
Izaje
manual
(hm)
Izaje con sistema
automatizado
(hm)
Variación
(hm)
EQUIPO DE GATEO HIDRAULICO
AUTOMATIZADO 254 238 -16
GRUA DE 7.5 ton 32 32 0
GRUPO ELECTROGENO DE 80
KW. 56 57 1
MAQUINAS DE SOLDAR 56 57 1
ANDAMIOS TIPO TORRE 32 33 1
MAQUINAS ADICIONALES 72 74 2
Fuente: Elaboración propia
3.4. Costos
Los costos para la construcción del tanque están en función del tiempo empleado para dicho
proceso, la incidencia que tiene la implementación del gateo hidráulico se ve reflejada en los
costos.
En los procesos de montaje de sistema de izaje, izaje de anillo y desmontaje de equipos se ve
reflejado el efecto de implementar un sistema automatizado. La reducción de costos es
proporcional a la reducción de horas hombre y horas máquina expuestos anteriormente.
4. Ventajas del sistema automatizado
Fácil acceso para inspeccionar la calidad de la soldadura, el eliminar la estructura de andamio
el personal podrá realizar tareas teniendo mayor espacio disponible.
Mayor control en el izaje, los caballetes guía estabilizan el tanque en el fondo manteniendo su
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circularidad y precisión, garantizando en eficiente uso de materiales.
Reducción de costos por mano de obra por operación de equipos adicionales, se reduce el
personal que operaba cada gato hidráulico de manera individual.
Reducción de tiempo de montaje y fabricación del tanque, lo que conlleva a reducción de costos
en mano de obra y alquiler de equipos.
El personal podrá tener un control centralizado en el monitoreo y manejo del sistema hidráulico,
reduciendo de esta manera significativa el margen de error que pudieran producirse durante el
proceso, resultando en accidentes.
Se ve reducido el riesgo de accidentes por causa de la fatiga de operadores de los cilindros
hidráulicos.
90
CONCLUSIONES
Primera.-
Se realizó el análisis del proceso actual, exponiendo las actividades que se realizan durante cada
etapa y los requerimientos para llevarla a cabo.
Segunda.
A partir del análisis realizado al proceso de fabricación de tanques se esquematizó el sistema
hidráulico para la automatización del gateo teniendo en cuenta la capacidad del equipo utilizado,
las dimensiones del tanque y los requerimientos de carga y tiempos para el izaje.
Tercera.-
Se realizó el análisis del proceso de fabricación de tanques el cual se utiliza un sistema
hidráulico automatizado para el izaje de anillos, se evaluaron los tiempos y los recursos
utilizados.
Cuarta.
Mediante el análisis y comparación de tiempos y recursos empleados en el proceso de izaje
manual con el proceso de izaje automatizado se identifica una reducción en el tiempo y en los
recursos destinados a la fabricación de tanques. Por otro lado se identificó las ventajas del
sistema hidráulico automatizado, teniendo mejores resultados en procesos auxiliares como la
soldadura.
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RECOMENDACIONES
Primera.-
La instalación, operación y mantenimiento del equipo de gateo hidráulico automatizado debe
ser ejecutado por personal debidamente capacitado y certificado.
Segunda.-
Se recomienda realizar charlas de capacitación y/o informativas a todo el personal sobre el
cuidado y el funcionamiento del sistema automatizado de gateo hidráulico.
Tercera.-
Se debe realizar pruebas de vacío antes del izaje del primer anillo, teniendo el sistema instalado,
para verificar su correcto funcionamiento y evitar fallas inesperadas que puedan afectar el
óptimo desarrollo del proyecto.
Cuarta.-
Debido al tiempo de utilización de los gatos hidráulicos se recomienda realizar el análisis de
aceite para identificar el desgaste de componentes y adicionalmente encontrar el periodo óptimo
de cambio del mismo.
Quinta-
Previendo la construcción de tanques de mayores dimensiones que las que se utilizó para el
presente proyecto se recomienda el cambio de gatos hidráulicos por otros de mayor capacidad
con el fin de obtener un mayor rango de aplicación en la fabricación de tanques metálicos.
92
ANEXOS
93
ANEXO 01
Motor eléctrico
Fuente:
ttps://frrq.cvg.utn.edu.ar/pluginfile.php/6825/mod_resource/content/1/Motores%20NNM.pd
94
ANEXO 02
Bomba hidráulica
Fuente: http://www.jghydraulik.com/bombas-hidraulicas/bombas-de-engranajes.html
95
ANEXO 03
Filtro
Fuente: http://www.jghydraulik.com/venta-accesorios-hidraulicos/filtros-hidraulicos.html
96
ANEXO 04
Válvula reguladora de caudal con check
Fuente: http://www.jghydraulik.com/valvulas-hidraulicas/reguladoras-de-caudal.html
97
ANEXO 05
Válvula direccional 4/3
Fuente: http://www.jghydraulik.com/valvulas-hidraulicas/electrovalvulas-solenoide.html
98
ANEXO 06
Catálogo de manguera hidráulica
Fuente: https://www.utecsa.cl/portfolio/mangueras-hidraulcas/
99
ANEXO 07
Válvula de alivio
Fuente: http://www.jghydraulik.com/valvulas-hidraulicas/reguladoras-de-presion.html
100
CRONOGRAMA DEL TRABAJO
Tabla 28.
Cronograma del trabajo
N° Descripción
2020
MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1 Selección del problema a estudiar X
2 Búsqueda de información X
3 Revisión de fuentes y antecedentes X X
4 Elaboración de instrumentos y
técnicas X X
5 Procesamiento de información X
6 Análisis e interpretación de
información X X
7 Formulación del problema y
objetivos X X
8 Elaboración del plan de tesis X X
9 Aprobación del plan de tesis X
10 Elaboración de diseños X X
11 Redacción del informe final X X
12 Presentación del borrador de tesis X X
13 Levantamiento de observaciones X X
14 Sustentación de tesis X
101
11. REFERENCIAS
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